Aprenda c++

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ÍNDICE1 INTRODUCCIÓN........................................................................................................................................1

2 MODIFICACIONES MENORES...............................................................................................................22.1 CAMBIO EN LA EXTENSIÓN DEL NOMBRE DE LOS FICHEROS................................................................22.2 COMENTARIOS INTRODUCIDOS EN EL PROGRAMA..............................................................................22.3 DECLARACIÓN SIMPLIFICADA DE VARIABLES TIPO ENUMERACIÓN.....................................................32.4 DECLARACIÓN SIMPLIFICADA DE VARIABLES CORRESPONDIENTES A ESTRUCTURAS..........................42.5 MAYOR FLEXIBILIDAD EN LA DECLARACIÓN DE VARIABLES ..............................................................42.6 SCOPE O VISIBILIDAD DE VARIABLES ..................................................................................................52.7 ESPECIFICADOR CONST PARA VARIABLES ...........................................................................................62.8 ESPECIFICADOR CONST PARA PUNTEROS.............................................................................................72.9 CONVERSIONES EXPLÍCITAS DE TIPO..................................................................................................82.10 ESPECIFICADOR INLINE PARA FUNCIONES...........................................................................................82.11 SOBRECARGA DE FUNCIONES..............................................................................................................92.12 VALORES POR DEFECTO DE PARÁMETROS DE UNA FUNCIÓN...............................................................92.13 VARIABLES DE TIPO REFERENCIA......................................................................................................102.14 OPERADORES NEW Y DELETE PARA GESTIÓN DINÁMICA DE MEMORIA...............................................122.15 PUNTEROS DE TIPO VOID...................................................................................................................132.16 NUEVA FORMA DE REALIZAR LAS OPERACIONES DE ENTRADA Y SALIDA..........................................142.17 FUNCIONES CON NÚMERO DE PARÁMETROS VARIABLE.....................................................................15

3 MODIFICACIONES MAYORES.............................................................................................................163.1 INTRODUCCIÓN A LA PROGRAMACIÓN ORIENTADA A OBJETOS (OOP) ............................................163.2 CLASES, OBJETOS Y MÉTODOS.........................................................................................................173.3 EJEMPLO DE CLASE EN C++: NÚMEROS COMPLEJOS.........................................................................173.4 CLASE SIN SECCIONES PRIVADAS: STRUCT........................................................................................233.5 CLASES CON SECCIONES PRIVADAS. .................................................................................................253.6 EXPANSIÓN INLINE ...........................................................................................................................27

3.6.1 Definición ..........................................................................................................................273.6.2 Implementación de las funciones inline.............................................................................27

3.7 ENTRADA Y SALIDA DE DATOS .........................................................................................................283.7.1 Una breve comparación con la entrada y salida de datos de ANSI C...............................29

3.8 OPERADORES NEW Y DELETE CON CLASES........................................................................................303.9 CONSTRUCTORES Y DESTRUCTORES.................................................................................................31

3.9.1 Inicializadores ...................................................................................................................323.9.2 Llamadas al constructor....................................................................................................323.9.3 Constructor por defecto y constructor con parámetros con valor por defecto..................333.9.4 Constructor de oficio.........................................................................................................343.9.5 Constructor de copia .........................................................................................................343.9.6 Necesidad de escribir un constructor de copia .................................................................353.9.7 Los constructores y el operador de asignación (=)...........................................................373.9.8 Destructores ......................................................................................................................37

3.10 CLASES Y FUNCIONES FRIEND...........................................................................................................383.11 EL PUNTERO THIS..............................................................................................................................403.12 SOBRECARGA DE OPERADORES.........................................................................................................40

3.12.1 Clase cadena para manejo de cadenas de caracteres.......................................................413.12.2 Definición de funciones y operadores de la clase cadena.................................................453.12.3 Ejemplo de utilización de la clase cadena.........................................................................483.12.4 Sobrecarga de los operadores (++) y (--) .........................................................................50

3.13 OBJETOS MIEMBRO DE OTROS OBJETOS. ...........................................................................................513.14 VARIABLES MIEMBRO STATIC............................................................................................................533.15 FUNCIONES MIEMBRO STATIC............................................................................................................55

4 HERENCIA.................................................................................................................................................574.1 NECESIDAD DE LA HERENCIA............................................................................................................574.2 DEFINICIÓN DE HERENCIA................................................................................................................57

4.2.1 Variables y funciones miembro protected .........................................................................574.3 CONSTRUCTORES DE LAS CLASES DERIVADAS: INICIALIZADOR BASE ...............................................604.4 HERENCIA SIMPLE Y HERENCIA MÚLTIPLE........................................................................................604.5 CLASES BASE VIRTUALES.................................................................................................................614.6 CONVERSIONES ENTRE OBJETOS DE CLASES BASE Y CLASES DERIVADAS..........................................62

5 POLIMORFISMO .....................................................................................................................................635.1 IMPLEMENTACION DE LAS FUNCIONES VIRTUALES...........................................................................655.2 FUNCIONES VIRTUALES PURAS.........................................................................................................665.3 CLASES ABSTRACTAS.......................................................................................................................675.4 DESTRUCTORES VIRTUALES.............................................................................................................67

6 ENTRADA/SALIDA EN C++ ...................................................................................................................696.1 ENTRADA/SALIDA CON FORMATO.....................................................................................................696.2 ACTIVAR Y DESACTIVAR INDICADORES............................................................................................706.3 FUNCIONES MIEMBRO WIDTH(), PRECISION() Y FILL()........................................................................71

6.3.1 Manipuladores de entrada/salida......................................................................................716.4 SOBRECARGA DE LOS OPERADORES DE ENTRADA/SALIDA (<< Y >>)................................................726.5 ENTRADA/SALIDA DE FICHEROS.......................................................................................................72

6.5.1 Funciones miembro de iostream........................................................................................736.5.2 Funciones miembro de fstream..........................................................................................746.5.3 Ejemplo completo de lectura y escritura en un fichero .....................................................756.5.4 Errores de Entrada/Salida ................................................................................................76

7 OPCIONES AVANZADAS: PLANTILLAS (TEMPLATES) Y MANEJO DE EXCEPCIONES .....787.1 PLANTILLAS .....................................................................................................................................78

7.1.1 Plantillas de funciones ......................................................................................................787.1.2 Plantillas de clases ............................................................................................................797.1.3 Plantillas vs. Polimorfismo................................................................................................81

7.2 MANEJO DE EXCEPCIONES................................................................................................................81

8 BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................................83

Manual de lenguaje C++ página 1

1 INTRODUCCIÓN

El comité para el estándar ANSI C fue formado en 1983 con el objetivo de crear un lenguajeuniforme a partir del C original, desarrollado por Kernighan y Ritchie en 1972, en la ATT. Hastaentonces el estándar lo marcaba el libro escrito en 1978 por estos dos autores1.

El lenguaje C++ se comenzó a desarrollar en 1980. Su autor fue B. Stroustrup, también de laATT. Al comienzo era una extensión del lenguaje C que fue denominada C with classes. Este nuevolenguaje comenzó a ser utilizado fuera de la ATT en 1983. El nombre C++ es también de ese año, yhace referencia al carácter del operador incremento de C (++). Ante la gran difusión y éxito que ibaobteniendo en el mundo de los programadores, la ATT comenzó a estandarizarlo internamente en1987. En 1989 se formó un comité ANSI (seguido algún tiempo después por un comité ISO) paraestandarizarlo a nivel americano e internacional.

En la actualidad, el C++ es un lenguaje versátil, potente y general. Su éxito entre losprogramadores profesionales le ha llevado a ocupar el primer puesto como herramienta dedesarrollo de aplicaciones. El C++ mantiene las ventajas del C en cuanto a riqueza de operadores yexpresiones, flexibilidad, concisión y eficiencia. Además, ha eliminado algunas de las dificultades ylimitaciones del C original. La evolución de C++ ha continuado con la aparición de Java, unlenguaje creado simplificando algunas cosas de C++ y añadiendo otras, que se utiliza para realizaraplicaciones en Internet.

Hay que señalar que el C++ ha influido en algunos puntos muy importantes del ANSI C,como por ejemplo en la forma de declarar las funciones, en los punteros a void, etc. En efecto,aunque el C++ es posterior al C, sus primeras versiones son anteriores al ANSI C, y algunas de lasmejoras de éste fueron tomadas del C++.

En estas Notas se van a presentar los fundamentos del lenguaje C++ tradicional a partir dellenguaje C. Su descripción se va a realizar en dos partes: una inicial en la que se contemplan lasmodificaciones y una posterior con los añadidos. El C++ es a la vez un lenguaje procedural(orientado a algoritmos) y orientado a objetos. Como lenguaje procedural se asemeja al C y escompatible con él, aunque ya se ha dicho que presenta ciertas ventajas (las modificacionesmenores, que se verán a continuación). Como lenguaje orientado a objetos se basa en una filosofíacompletamente diferente, que exige del programador un completo cambio de mentalidad. Lascaracterísticas propias de la Programación Orientada a Objetos (Object Oriented Programming, uOOP) de C++ son modificaciones mayores que sí que cambian radicalmente su naturaleza.

1 B. Kernighan and D. Ritchie, The C Programming Language, Prenctice-Hall, 1978.


2 MODIFICACIONES MENORES

Como ya se ha dicho, el C++ contiene varias modificaciones menores sobre el C original.Normalmente se trata de aumentar la capacidad del lenguaje y la facilidad de programación en unconjunto de detalles concretos basados en la experiencia de muchos años. Como el ANSI C esposterior a los primeros compiladores de C++, algunas de estas modificaciones están yaintroducidas en el ANSI C. En cualquier caso, se trata de modificaciones que facilitan el uso dellenguaje, pero que no cambian su naturaleza.

Hay que indicar que el C++ mantiene compatibilidad casi completa con C, de forma que elviejo estilo de hacer las cosas en C es también permitido en C++, aunque éste disponga de unamejor forma de realizar esas tareas.

2.1 Cambio en la extensión del nombre de los ficheros

El primer cambio que tiene que conocer cualquier programador es que los ficheros fuente de C++tienen la extensión *.cpp (de C plus plus, que es la forma oral de llamar al lenguaje en inglés), enlugar de *.c. Esta distinción es muy importante, pues determina ni más ni menos el que se utilice elcompilador de C o el de C++. La utilización de nombres incorrectos en los ficheros puede dar lugara errores durante el proceso de compilación.

2.2 Comentarios introducidos en el programa

En C los comentarios empiezan por los caracteres /* y terminan con los caracteres */ . Puedencomprender varias líneas y estar distribuidos de cualquier forma, pero todo aquello que está entre el/* (inicio del comentario) y el */ (fin del comentario) es simplemente ignorado por el compilador.Algunos ejemplos de formato de comentarios son los siguientes:

/* Esto es un comentario simple. */

/* Esto es un comentario más largo, distribuido en varias líneas. El texto se suele alinear por la izquierda. */

/*************************************** Esto es un comentario de varias ** líneas, encerrado en una caja para ** llamar la atención. ***************************************/

En C++ se admite el mismo tipo de comentarios que en C, pero además se considera que soncomentarios todo aquel texto que está desde dos barras consecutivas (//) hasta el fin de la línea2. Lasdos barras marcan el comienzo del comentario y el fin de la línea, el final. Si se desea ponercomentarios de varias líneas, hay que colocar la doble barra al comienzo de cada línea. Losejemplos anteriores se podrían escribir del siguiente modo:

// Esto es un comentario simple.

// Esto es un comentario más largo,// distribuido en varias líneas. El// texto se suele indentar por la izquierda.

2 El ANSI C permite el mismo tipo de comentarios que el C++, utilizando la doble barra //.


//*************************************// Esto es un comentario de varias *// líneas, encerrado en una caja para *// llamar la atención. *//*************************************

La ventaja de este nuevo método es que no se pueden comentar inadvertidamente varias líneasde un programa abriendo un indicador de comentario que no se cierre en el lugar adecuado.

2.3 Declaración simplificada de variables tipo enumeración

Las enumeraciones (variables enum) permiten definir variables de tipo entero con un númeropequeño de valores que están representados por identificadores alfanuméricos. Estos identificadorespermiten que el programa se entienda más fácilmente, dando un significado a cada valor de lavariable entera. Las variables tipo enum son adecuadas para representar de distintas formas valoresbinarios (SI o NO; VERDADERO o FALSO; EXITO o FRACASO, etc.), los días de la semana(LUNES, MARTES, MIERCOLES, ...), los meses del año (ENERO, FEBRERO, MARZO, ...), ycualquier conjunto análogo de posibles valores. En C las variables de tipo enum se hacíancorresponder con enteros, y por tanto no hacían nada que no se pudiera hacer también con enteros.En C++ las variables enum son verdaderos tipos de variables, que necesitan un cast para que unvalor entero les pueda ser asignado (ellas son promovidas a enteros cuando hace falta de modoautomático). Esto quiere decir que si una función espera recibir como argumento un tipo enum sólose le puede pasar un entero con un cast. Por el contrario, si espera recibir un entero se le puedepasar un valor enum directamente.

La principal razón de ser de las variables enum es mejorar la claridad y facilidad decomprensión de los programas fuente.

Por ejemplo, si se desean representar los colores rojo, verde, azul y amarillo se podría definirun tipo de variable enum llamada color cuyos cuatro valores estarían representados por lasconstantes ROJO, VERDE, AZUL Y AMARILLO, respectivamente. Esto se puede hacer de lasiguiente forma:

enum color {ROJO, VERDE, AZUL, AMARILLO};

Utilizar mayúsculas para los identificadores que representan constantes es una convenciónestilística ampliamente adoptada. En el ejemplo anterior se ha definido el tipo color, pero no se hacreado todavía ninguna variable con ese tipo.

Por defecto los valores enteros asociados empiezan en 0 y van aumentando de uno en uno.Así, por defecto, los valores asociados serán:

ROJO = 0 VERDE = 1 AZUL = 2 AMARILLO = 3

Sin embargo, el programador puede asignar el valor que desee a cada uno de esosidentificadores, asignando incluso el mismo entero a varios identificadores diferentes. por ejemplo,siguiendo con el tipo color:

enum color {ROJO = 3, VERDE = 5, AZUL = 7, AMARILLO};

Lógicamente en este caso los valores enteros asociados serán:ROJO = 3 VERDE = 5 AZUL = 7 AMARILLO = 8

Cuando no se establece un entero determinado para un identificador dado, se toma el enterosiguiente al anteriormente asignado. Por ejemplo, en el caso anterior al AMARILLO se le asigna un8, que es el número siguiente al asignado al AZUL.


Una vez que se ha definido un tipo enum, se pueden definir cuantas variables de ese tipo sedesee. Esta definición es distinta en C y en C++. Por ejemplo, para definir las variables pintura yfondo, de tipo color, en C hay que utilizar la sentencia:

enum color pintura, fondo; /* esto es C */

mientras que en C++ bastaría hacer:color pintura, fondo; // esto es C++

Así pues en C++ no es necesario volver a utilizar la palabra enum. Los valores que puedentomar las variables pintura y fondo son los que puede tomar una variable del tipo color, es decir:ROJO, VERDE, AZUL Y AMARILLO. Se puede utilizar, por ejemplo, la siguiente sentencia deasignación:

pintura = ROJO;

Hay que recordar que al imprimir una variable enum se imprime su valor entero y no su valorasociado3.

2.4 Declaración simplificada de variables correspondientes a estructuras

De modo análogo a lo que pasa con la palabra clave enum, en C++ no es necesario colocar lapalabra clave struct para declarar una variable del tipo de una estructura definida por el usuario. Porejemplo, si se define la estructura alumno del modo siguiente:

struct alumno { long nmat; char nombre[41];};

en C++ se puede declarar después una variable delegado del tipo alumno simplemente con:alumno delegado; // esto es C++

mientras que en C es necesario utilizar también la palabra struct en la forma:struct alumno delegado; /* esto es C */

2.5 Mayor flexibilidad en la declaración de variables

La declaración de variables en C++ es similar a la de C, pero con una importante diferencia. EnANSI C las variables tenían que ser declaradas (salvo que fueran extern) al comienzo de un bloque,antes de la primera sentencia ejecutable de dicho bloque.

En C++ las variables pueden ser declaradas en cualquier lugar de un bloque4. Esto permiteacercar la declaración de las variables al lugar en que se utilizan por primera vez. Las variables autodeclaradas de esta forma existen desde el momento en que se declaran, hasta que se llega al fin delbloque correspondiente.

Un caso importante son los bucles for. En C++ la variable que sirve de contador al buclepuede declararse e inicializarse en la propia sentencia for. Por ejemplo, considérese el siguientebucle para sumar los elementos de un vector:

3 En C++ se podría conseguir que escribiera correctamente el tipo enum, sobrecargando el operador << de modo

adecuado, según se verá en secciones posteriores. La opción por defecto es que el tipo enum se promueve a entero yse imprime su valor.

4 Un bloque es una unidad básica de agrupamiento de declaraciones e instrucciones encerrada entre llaves ({}).


for (double suma = 0.0, int i = 0; i<n; i++) suma += a[i];

donde las variables suma e i son declaradas y creadas como double e int en el momento de iniciarsela ejecución del bucle for.

2.6 Scope o visibilidad de variables

La visibilidad de una variable es la parte del programa en la que esa variable está definida y puedeser utilizada. La duración hace referencia al tiempo que transcurre entre la creación de una variabley el instante en que es destruida. En general la visibilidad de una variable auto abarca desde elpunto en el que se define hasta que finaliza el bloque en el que está definida. Si la declaración deuna variable no se encuentra dentro de ningún bloque (variable global o extern), la visibilidad seextiende desde el punto de declaración hasta el final del fichero (otros ficheros pueden ver dichavariable sólo si la declaran como extern).

Las reglas de duración y visibilidad de C++ son similares a las de C. En C++ la visibilidad deuna variable puede ser local, a nivel de fichero o a nivel de clase. Este último concepto, la clase, esla base de la Programación Orientada a Objetos y se estudiará detenidamente a partir del Capítulo3.

Las variables locales se crean dentro de un bloque y sólo son visibles dentro del bloque en elque han sido definidas y en sus bloques anidados, salvo que sean ocultadas por una nueva variabledel mismo nombre declarada en uno de esos bloques anidados.

Las variables que tienen visibilidad a nivel de fichero –variables globales– se definen fuera decualquier bloque, función o clase.

Una variable local declarada dentro de un bloque oculta una variable global del mismonombre u otra variable local también del mismo nombre declarada en un bloque más exterior. Porejemplo, puede suceder que en un bloque, hasta la declaración de una variable x se pueda estarutilizando otra variable con el mismo nombre x de otro bloque que contenga al primero. A partir desu declaración y hasta el final de su bloque, la nueva variable x será la local del bloque más interior.Véase el ejemplo siguiente:

...{ double x = 2.0; printf("lf", x); // se imprime 2.0 { printf("lf", x); // se imprime 2.0 double x = 3.0; printf("lf", x); // se imprime 3.0 } printf("lf", x); // se imprime 2.0}...

En C++ las variables definidas dentro de una clase –variables miembro– pueden serdeclaradas como privadas o como públicas5. Las variables miembro que han sido declaradas comoprivadas no son visibles fuera de la clase; si se declaran como públicas se puede acceder a ellasmediante los operadores punto (. ) y flecha (-> ), con las mismas reglas que para las variablesmiembro de las estructuras de C. Las funciones miembro de una clase tienen visibilidad directasobre todas las variables miembro de esa clase, sin necesidad de que les sean pasadas comoargumento.

5 Más adelante se verá que existe una tercera forma de declarar las variables miembro: protected.


La duración (lifetime) de una variable es el período de tiempo en que esta variable existedurante la ejecución del programa. La duración de una variable puede ser automatic (opción pordefecto) o static. En el primer caso –el caso de las variables declaradas dentro de un bloque – lavariable se crea y se destruye cada vez que se pasa por el bloque. Las variables static existen hastaque termina la ejecución del programa. Su valor se conserva entre las distintas pasadas por unbloque. Para que una variable local sea static hay que declararla como tal dentro del bloque.

Debe recordarse que aunque una variable exista durante toda la ejecución de un programa,sólo puede utilizarse en la zona del programa en que esa variable es visible.

C++ dispone del operador (::), llamado operador de resolución de visibilidad (scoperesolution operator). Este operador, antepuesto al nombre de una variable global que está ocultapor una variable local del mismo nombre, permite acceder al valor de la variable global6.Considérese el siguiente ejemplo:

int a = 2; // declaración de una variable global a

void main(void){ ... printf("a = %d", a); // se escribe a = 2 int a = 10; // declaración de una variable local a printf("a = %d", a); // se escribe a = 10 printf("a = %d", ::a); // se escribe a = 2}

El operador (::) no permite acceder a una variable local definida en un bloque más exterioroculta por otra variable local del mismo nombre. Este operador sólo permite acceder a una variableglobal oculta por una variable local del mismo nombre.

2.7 Especificador const para variables

En C++ el especificador const se puede utilizar con variables y con punteros7. Las variablesdefinidas como const no son lo mismo que las constantes simbólicas, aunque evidentemente hayuna cierta similitud en las áreas de aplicación. Si una variable se define como const se tiene lagarantía de que su valor no va a cambiar durante toda la ejecución del programa. Si en algunasentencia del programa se intenta variar el valor de una variable definida como const, el compiladorproduce un mensaje de error. Esta precaución permite detectar errores durante la compilación delprograma, lo cual siempre es más sencillo que detectarlos en tiempo de ejecución.

Las variables de este tipo pueden ser inicializadas pero no pueden estar a la izquierda de unasentencia de asignación.

Las variables declaradas como const tienen importantes diferencias con las constantessimbólicas definidas con la directiva #define del preprocesador. Aunque ambas representan valoresque no se puede modificar, las variables const están sometidas a las mismas reglas de visibilidad yduración que las demás variables del lenguaje.

Las variables const de C++ pueden ser utilizadas para definir el tamaño de un vector en ladeclaración de éste, cosa que no está permitida en C. Así las siguientes sentencias, que seríanilegales en C, son ahora aceptadas en C++:

6 El operador (::) no puede utilizarse para ver una variable local oculta por otra variable local del mismo nombre.7 En ANSI C el especificador const también se puede utilizar con variables y con punteros, pero con estos últimos

sólo de una de las dos formas posibles en C++.


void main(void){ const int SIZE = 5; char cs[SIZE] ;}

De todas formas, nunca puede declararse ninguna variable array cuyo tamaño seadesconocido en tiempo de compilación. Si el tamaño de una variable va a ser conocido sólo entiempo de ejecución, hay que utilizar reserva dinámica de memoria tanto en C como en C++.

Es muy frecuente que las funciones a las que por motivos de eficiencia (para no tener quesacar copias de los mismos) se les pasan los argumentos por referencia, éstos serán declarados comoconst en la definición y en el prototipo de la función, con objeto de hacer imposible unamodificación accidental de dichos datos. Esto sucede por ejemplo con las funciones de manejo decadenas de caracteres. El prototipo de la función strcpy() puede ser como sigue:

char *strcpy(char *s1, const char *s2);

donde s1 es la cadena copia y s2 es la cadena original. Como no tiene sentido tratar de modificar lacadena original dentro de la función, ésta se declara como const. En este caso el valor de retorno esun puntero a la cadena copia s1.

2.8 Especificador const para punteros

En el caso de los punteros hay que distinguir entre dos formas de aplicar el cualificador const:

1. un puntero variable apuntando a una variable constante y

2. un puntero constante apuntando a una variable cualquiera.

Un puntero a una variable const no puede modificar el valor de esa variable (si se intentase elcompilador lo detectaría e imprimiría un mensaje de error), pero ese puntero no tiene por quéapuntar siempre a la misma variable.

En el caso de un puntero const, éste apunta siempre a la misma dirección de memoria pero elvalor de la variable almacenada en esa dirección puede cambiar sin ninguna dificultad.

Un puntero a variable const se declara anteponiendo la palabra const:const char *nombre1 "Ramón" // no se puede modificar el valor de la variable

Por otra parte, un puntero const a variable cualquiera se declara interponiendo la palabraconst entre el tipo y el nombre de la variable:

char* const nombre2 "Ramón" // no se puede modificar la dirección a la que // apunta el puntero, pero sí el valor.

En ANSI C una variable declarada como const puede ser modificada a través de un puntero adicha variable. Por ejemplo, el siguiente programa compila y produce una salida i=3 con elcompilador de C, pero da un mensaje de error con el compilador de C++8:

8 En ambos casos se ha utilizado el compilador de Visual C/C++ de Microsoft. La única diferencia es que el fichero

fuente termina en *.c para el compilador de C y en *.cpp para el compilador de C++.


#include <stdio.h>

void main(void){ const int i = 2; int *p;

p = &i; *p = 3; printf("i = %d", i);}

2.9 Conversiones explícitas de tipo

Además de las conversiones implícitas de tipo que tienen lugar al realizar operaciones aritméticasentre variables de distinto tipo –promociones– y en las sentencias de asignación, el lenguaje Cdispone de una conversión explícita de tipo de variables, directamente controlada por elprogramador, llamada cast. El cast se realiza anteponiendo al nombre de la variable o expresión eltipo al que se desea hacer la conversión encerrado entre paréntesis. Por ejemplo, pera devolvercomo int un cociente entre las variables double x e y:

return (int) (x/y);

El lenguaje C++ dispone de otra conversión explícita de tipo con una notación similar a la delas funciones y más sencilla que la del cast. Se utiliza para ello el nombre del tipo al que se deseaconvertir seguido del valor a convertir entre paréntesis. Así, las siguientes expresiones son válidasen C++:

y = double(25);return int(x/y);

2.10 Especificador inline para funciones

C++ permite sustituir, en tiempo de compilación, la llamada a una función por el códigocorrespondiente en el punto en que se realiza la llamada. De esta manera la ejecución es más rápida,pues no se pierde tiempo transfiriendo el control y realizando conversiones de parámetros. Comocontrapartida, el programa resultante ocupa más memoria, pues es posible que el código de unamisma función se introduzca muchas veces, con las repeticiones consiguientes. Las funciones inlineresultan interesantes en el caso de funciones muy breves, que aparecen en pocas líneas de códigopero que se ejecutan muchas veces (en un bucle for, por ejemplo). Existen 2 formas de definirlas:

1. Una primera forma de utilizar funciones inline es anteponer dicha palabra en ladeclaración de la función, como por ejemplo:inline void permutar(int &a, int &b);

2. Otra forma de utilizar funciones inline sin necesidad de utilizar esta palabra es introducirel código de la función en la declaración (convirtiéndose de esta manera en definición),poniéndolo entre llaves { } a continuación de ésta. Este segundo procedimiento sueleutilizarse por medio de ficheros header (*.h), que se incluyen en todos los ficheros fuenteque tienen que tener acceso al código de las funciones inline. Considérese el siguienteejemplo, consistente en una declaración seguida de la definición:void permutar (int *i, int *j) { int temp; temp = *i; *i = *j; *j = temp; }

En cualquier caso, la directiva inline es sólo una recomendación al compilador, y éste puededesestimarla por diversas razones, como coste de memoria excesivo, etc.


2.11 Sobrecarga de funciones

La sobrecarga (overload) de funciones consiste en declarar y definir varias funciones distintas quetienen un mismo nombre. Dichas funciones se definen de forma diferente. En el momento de laejecución se llama a una u otra función dependiendo del número y/o tipo de los argumentos actualesde la llamada a la función. Por ejemplo, se pueden definir varias funciones para calcular el valorabsoluto de una variable, todas con el mismo nombre abs(), pero cada una aceptando un tipo deargumento diferente y con un valor de retorno diferente.

La sobrecarga de funciones no admite funciones que difieran sólo en el tipo del valor deretorno, pero con el mismo número y tipo de argumentos. De hecho, el valor de retorno no influyeen la determinación de la función que es llamada; sólo influyen el número y tipo de los argumentos.Tampoco se admite que la diferencia sea el que en una función un argumento se pasa por valor y enotra función ese argumento se pasa por referencia.

A continuación se presenta un ejemplo con dos funciones sobrecargadas, llamadas ambasstring_copy(), para copiar cadenas de caracteres. Una de ellas tiene dos argumentos y la otra tres.Cada una de ellas llama a una de las funciones estándar del C: strcpy() que requiere dosargumentos, y strncpy() que requiere tres. El número de argumentos en la llamada determinará lafunción concreta que vaya a ser ejecutada:

// Ejemplo de función sobrecargada#include <iostream.h>#include <string.h>

inline void string_copy(char *copia, const char *original){ strcpy(copia, original);}

inline void string_copy(char *copia, const *original, const int longitud){ strncpy(copia, original, longitud);}

static char string_a[20], string_b[20];

void main(void){ string_copy(string_a, "Aquello"); string_copy(string_b, "Esto es una cadena", 4); cout << string_b << " y " << string_a; // La última sentencia es equivalente a un printf() de C // y se explica en un próximo apartado de este manual}

2.12 Valores por defecto de parámetros de una función

En ANSI C se espera encontrar una correspondencia biunívoca entre la lista de argumentos actuales(llamada) y la lista de argumentos formales (declaración y definición) de una función. Por ejemplo,supóngase la siguiente declaración de una función para calcular el módulo de un vector x con nelementos:

double modulo(double x[], int n);

En C esta función tiene que ser necesariamente llamada con dos argumentos actuales que secorresponden con los dos argumentos formales de la declaración.


En C++ la situación es diferente pues se pueden definir valores por defecto para todos oalgunos de los argumentos formales. Después, en la llamada, en el caso de que algún argumentoesté ausente de la lista de argumentos actuales, se toma el valor asignado por defecto a eseargumento. Por ejemplo, la función modulo() podía haberse declarado del siguiente modo:

double modulo(double x[], int n=3);

La función modulo() puede ser llamada en C++ de las formas siguientes:v = modulo(x, n);

v = modulo(x);

En el segundo caso se utiliza el valor por defecto n=3 incluido en la declaración.

En C++ se exige que todos los argumentos con valores por defecto estén al final de la lista deargumentos. En la llamada a la función pueden omitirse alguno o algunos de los últimosargumentos de la lista. Si se omite un argumento deben de omitirse todos aquellos que seencuentren detrás suyo.

2.13 Variables de tipo referencia

A continuación se va a recordar brevemente cómo se pasaban argumentos por referencia en ANSIC. Para ello se va a utilizar la función permutar():

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>

void main(void){ int i = 1, j = 2; void permutar(int *a, int *b);

printf("\ni = %d, j = %d", i, j); permutar(&i, &j); printf("\ni = %d, j = %d", i, j);}

void permutar(int *a, int *b){ int temp;

temp = *a; *a = *b; *b = temp;}

La clave para pasar argumentos o parámetros por referencia en C está en el uso de punteros.Al pasar la dirección de la variable9, ésta es accesible desde dentro de la función y su valor puedeser modificado. De modo análogo, si dentro de una función hay que modificar un puntero habrá quepasar su dirección como argumento, esto es, habrá que pasar un puntero a puntero.

C++ ofrece una nueva forma de pasar argumentos por referencia a una función, que noobliga a utilizar –dentro de la función– el operador indirección (*) para acceder al valor de lavariable que se quiere modificar. Esto se hace por medio de un nuevo tipo de dato –que no existe enC– llamado tipo referencia (reference).

9 En realidad se pasa una copia de la dirección de la variable


Las variables referencia se declaran por medio del carácter (&)10. Por lo demás, son variablesnormales que contienen un valor numérico o alfanumérico. Antes de pasar a explicarlas con másdetenimiento, se presenta de nuevo el ejemplo de la función permutar() utilizando variablesreferencia en lugar de punteros.

// Este programa requiere compilador de C++

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>

void main(void){ int i = 1, j = 2; void permutar(int &a, int &b); // los argumentos son referencias

printf("\ni = %d, j = %d", i, j); permutar(i, j); // los argumentos no llevan (*) ni (&) printf("\ni = %d, j = %d", i, j);}

void permutar(int &a, int &b) // los argumentos son referencias{ int temp;

temp = a; // no hace falta utilizar a = b; // el operador indirección (*) b = temp;}

Los dos programas dan idéntico resultado, sin embargo, el segundo tiene la ventaja de que nohay que utilizar el operador indirección dentro de la función permutar(). C++ permite pasarargumentos por referencia sin más que anteponer el carácter (&) a los argumentos correspondientes,tanto en el prototipo como en el encabezamiento de la definición. En la llamada a la función losargumentos se ponen directamente, sin anteponerles ningún carácter u operador.

En C++ existe realmente un tipo llamado referencia que va más allá del paso de argumentos afunciones tal y como se acaba de explicar. Las variables de tipo referencia se declaran con eloperador (&) y deben ser inicializadas a otra variable o a un valor numérico. Por ejemplo:

int i=2;int& iref = i; // declaración de referencia válidaint& jref; // declaración de referencia no válida

La variable i es una variable normal tipo int. La variable iref es una variable referencia que seasocia con i, en el sentido de que ambas variables comparten la misma posición de memoria: si semodifica i se modifica iref, y viceversa. En este sentido, iref es un alias de i. La diferencia con unpuntero que apuntase a la dirección de i está en que, una vez que una variable referencia ha sidodeclarada como alias de i no puede ser declarada como alias de otra variable. Siempre se referirá ala misma posición de memoria. Es como un puntero a una posición de memoria fija. En la funciónpermutar() los argumentos formales, que son referencias, se inicializan y se convierten en alias delos argumentos actuales, que son variables ordinarias.

El principal uso de las variables referencia es como valor de retorno o argumentos defunciones. Los vectores y matrices (arrays) no pueden ser declarados como variables referencia,porque ya tienen una forma propia y natural de ser pasados como argumentos a una función.

10 No se debe confundir el uso de (&) en la declaración de una referencia con el operador dirección (&), de la misma

forma que no se debe confundir el carácter (*) en la declaración de un puntero, con el operador indirección (*).


El que una función tenga como valor de retorno una variable tipo referencia permiteutilizarla de una manera un poco singular. Considérese el siguiente ejemplo:

int& maxref(int& a, int& b){ if (a >= b) return a; else return b;}

La función maxref() tiene referencias como valor de retorno y como argumentos. Estopermite utilizarla, por ejemplo, del siguiente modo:

maxref(i, j) = 0;

Ésta es una forma un poco extraña de utilizar una función: la llamada está a la izquierda deloperador de asignación, en vez de aparecer a la derecha en una expresión aritmética o de otro tipo.El resultado de esta llamada también es un poco extraño: el valor de retorno es una referencia, estoes un alias del argumento de valor máximo. Cuando la llamada a la función se sustituye por suvalor de retorno, el resultado de la sentencia anterior es que la variable pasada como argumento quetiene mayor valor se hace igual a cero. Este mismo efecto puede conseguirse mediante punteros,pero con referencias resulta mucho más sencillo.

En C++ las referencias son muy utilizadas para pasar argumentos a funciones (y comovalores de retorno), no sólo para poderlos modificar dentro de la función, sino también por motivosde eficiencia, pues es mucho más rápido pasar un puntero o un alias de una variable que una copiadel valor de esa variable. Si además la variable es una estructura, las ventajas de eficiencia sontodavía mucho más palpables.

2.14 Operadores new y delete para gestión dinámica de memoria

Hasta ahora sólo se han visto dos posibles tipos de duración de las variables: static, las cualesexisten durante toda la ejecución del programa, y automatic, que existen desde que son declaradashasta que finaliza el bloque donde han sido declaradas.

Con los operadores new y delete el programador tiene entera libertad para decidir crear odestruir sus variables cuando las necesite. Una variable creada con el operador new dentro decualquier bloque, perdura hasta que es explícitamente borrada con el operador delete. Puedetraspasar la frontera de su bloque y ser manipulada por instrucciones de otros bloques.

Un aspecto diferente con la función malloc(), que es el método más utilizado para reservardinámicamente memoria en ANSI C, es que ésta devuelve un puntero a void (*void) que es despuésconvertido al tipo de variable que se desea. Esa conversión se evita con new, eliminando así unaposible fuente de problemas.

Se puede utilizar el operador new para crear variables de cualquier tipo. New devuelve, entodos los casos, un puntero a la variable creada. También se pueden crear variables de tiposdefinidos por el usuario.

struct usuario { .......... };

usuario* Un_Usuario;Un_Usuario = new usuario;

Cuando una variable ya no es necesaria se destruye con el operador delete para poder utilizarla memoria que estaba ocupando, mediante una instrucción del tipo:


delete p;

A continuación se presenta a modo de ejemplo un programa que reserva memoria de mododinámico para un vector de caracteres:

#include <iostream.h>#include <string.h>

void main(){

char Nombre[50]; cout << "Introduzca su Nombre:"; cin >> Nombre;

char *CopiaNombre = new char[strlen(Nombre)+1];

// Se copia el Nombre en la variable CopiaNombre strcpy(CopiaNombre, Nombre); cout << CopiaNombre;

delete [] CopiaNombre;}

El siguiente ejemplo reserva memoria dinámicamente para una matriz de doubles:#include <iostream.h>

void main(){ int nfil=4, ncol=3, i, j; double **mat;

// se reserva memoria para el vector de punteros mat = new double*[nfil]; // se reserva memoria para cada fila for (i=0; i<nfil; i++) mat[i] = new double[ncol];

// se inicializa toda la matriz for(i=0; i<nfil; i++) for(j=0; j<ncol; j++) mat[i][j]=i+j;

// se imprime la matriz for(i=0; i<nfil; i++){ for(j=0; j<ncol; j++) cout << mat[i][j] << "\t"; cout << "\n"; }

....// se libera memoria for(i=0; i<nfil; i++) // se borran las filas de la matriz delete [] mat[i]; // se borra el vector de punteros delete [] mat;

}

}

2.15 Punteros de tipo void

Esta posibilidad ya está presente en el ANSI C pero conviene citarla aquí también. Un puntero avoid es un puntero que no conoce en el momento de su definición a qué tipo de dato va a apuntar.Un buen ejemplo de esto es el valor de retorno de la función malloc(). Esta función reservamemoria dinámicamente para cualquier tipo de dato, incluso para aquellos tipos de datos que hayadefinido el usuario.


2.16 Nueva forma de realizar las operaciones de entrada y salida.

En C++ además de las funciones printf() y scanf(), que siguen estando vigentes, se pueden utilizarlos operadores cin y cout. Para utilizar estos nuevos operadores es necesario incluir la libreríaiostream.h con la instrucción #include <iostream.h>. Así en un programa en C habría que haceralgo de este estilo:

char nombre ;int num=2;printf ("Introduzca el nombre del fichero %d: ", num);scanf (" %s", nombre)

En C++ podría escribirse así:

char nombre ;int num=2;cout << "Introduzca el nombre del fichero " << num << ": ";cin >> nombre;

Es importante darse cuenta de que ahora ya no hace falta especificar el tipo de dato que va aser impreso o leído, asociándolo con un formato determinado. Es el propio programa el que decideel tipo de dato en tiempo de ejecución. Estos operadores están sobrecargados11 de tal manera queadmiten tanto los tipos predefinidos como aquellos tipos de datos definidos por el usuario.

Para poder escribir o leer desde ficheros es necesario incluir la librería <fstream.h>. Acontinuación se presenta un sencillo ejemplo en el que primero se escriben unas frases en un ficheroy después se imprimen en la pantalla leídas desde ese fichero:

// Programa de lectura y escritura de ficheros

#include <fstream.h>#include <stdlib.h>

void main(void){ ofstream out("fichero.h"); // se define un flujo de salida a fichero

out << "Estamos aprendiendo "; out << "como se escribe en un fichero "; out << "y como se lee desde el.";

out.close();

// Ahora comienza la lectura ifstream in("fichero.h"); // se define un flujo de entrada de fichero

const int SIZE=81; char line[SIZE];

in.getline(line, SIZE); cout << line << endl;

in.getline(line, SIZE); cout << line << endl;

in.getline(line, SIZE); cout << line << endl;}

11 C++ permite sobrecargar los operadores de modo similar a lo que se hace con las funciones: un mismo operador (+,

-, *, /, =, ==, !=, <<, >>, etc.) tiene distinto significado según la naturaleza de los operandos a los que se aplica.


El ejemplo anterior necesita algunas explicaciones extras, aunque más adelante se incluye uncapítulo dedicado a las entradas y salidas de datos en C++.

• Se declara un objeto12 del tipo ofstream llamado out. Este será un objeto que almacenará lainformación necesaria para llevar los datos de salida hasta un fichero llamado fichero.h.Esto es el equivalente a utilizar la función fopen() de ANSI C para abrir un fichero deescritura de datos.

• Hay que darse cuenta de que la primera vez que se abre el fichero se abre en modo deescritura. Por eso hay que cerrarlo para después poder abrirlo en modo de lectura. Pararealizar esta última operación es necesario declarar un objeto, al que se llama in, del tipoifstream. El endl del final de las líneas de impresión en pantalla hace que se imprima uncaracter de salto de línea y que se vacíe el buffer de salida de modo inmediato.

• La función getline se utiliza para leer los datos que se introduzcan desde el teclado deforma similar a la que lo haría la función scanf() leyendo una línea completa hasta el '\n'.

2.17 Funciones con número de parámetros variable

Se pueden definir, tanto en ANSI C como en C++, funciones con un número variable y desconocidoa priori de argumentos. Un ejemplo de función de este tipo es la propia función main() conargumentos, y otros ejemplos, de sobra conocidos, son las funciones printf() y scanf().

Para definir estas funciones se utilizan los puntos suspensivos (...), que representan losargumentos desconocidos que puede haber. Un ejemplo de función de este tipo es el siguiente:

void mi_funcion(int i, double a, ...);

donde los argumentos i y a tendrían que estar siempre presentes. Para conocer con más detallecómo se crean estas funciones se recomienda acudir a alguno de los textos de C++ recomendadosen la Bibliografía.

12 El concepto de objeto, básico en C++, se explica con todo detalle en el Capítulo 3.


3 MODIFICACIONES MAYORES

3.1 Introducción a la Programación Orientada a Objetos (OOP)

La Programación Orientada a Objetos (POO) permite realizar grandes programas mediante launión de elementos más simples, que pueden ser diseñados y comprobados de maneraindependiente del programa que va a usarlos. Muchos de estos elementos podrán ser reutilizados enotros programas.

A estas “piezas”, “módulos” o "componentes", que interactúan entre sí cuando se ejecuta unprograma, se les denomina objetos. Estos objetos contienen tanto datos como las funciones queactúan sobre esos datos.

De ordinario, cada uno de estos objetos corresponde a algún elemento que debe utilizar elprograma. Algunos de estos elementos representan entidades del mundo real (matrices, personas,cuentas de banco, elementos mecánicos o eléctricos, ...) y otros pueden ser componentes delordenador (tanto de software como de hardware: otro programa, un fichero de disco, una impresoraconectada en una puerta serie, una ventana abierta en la pantalla, ...). También pueden serestructuras de datos: colas, pilas, ...

Durante la ejecución del programa, los objetos interactúan pasándose mensajes y respuestas.Es fundamental darse cuenta de que un objeto no necesita conocer el funcionamiento interno de losdemás objetos para poder interactuar con ellos (igual que el hombre no necesita conocer cómofunciona por dentro un televisor o un ordenador para poder utilizarlos), sino que le es suficiente consaber la forma en que debe enviarle sus mensajes y cómo va a recibir la respuesta (al hombre lepuede ser suficiente con saber cómo funcionan el interruptor, el dial del volumen y los botones decambio de canal para utilizar un televisor).

Sucede a menudo que hay que utilizar varios ejemplares análogos de un determinadoelemento u objeto (por ejemplo varias ventanas en la pantalla del PC, varios usuarios, variosclientes, varias cuentas corrientes de un banco, etc.). La definición genérica de estos objetosanálogos se realizar mediante la clase. Así, una clase contiene una completa y detallada descripciónde la información y las funciones que contendrá cada objeto de esa clase. Las clases de C++ sepueden ver como una generalización de las estructuras de C. Por ejemplo, en el siguiente código,

struct Alumno { long nmat; char nombre[41];};

Alumno alu1={76986, "Luis Perez"}, alu2 = { 67549, "Mikel Lasa"};

se definen las variables miembro que va a tener la estructura Alumno y luego se crean dos variablesalu1 y alu2 de esa estructura. En C++ los objetos son las variables concretas que se crean de unadeterminada clase. A veces se llaman también instances o data objects. Las clases de C++ soncomo una generalización de las estructuras de C.

En C++ las clases son verdaderos tipos de datos definidos por el usuario y pueden serutilizados de igual manera que los tipos de datos propios del C++, tales como int o float. Losobjetos son a las clases como las variables a los tipos de variables. Un objeto tiene su propioconjunto de datos o variables miembro, aunque no de funciones, que aunque se aplican a un objetoconcreto son propias de la clase a la que pertenece el objeto.


3.2 Clases, Objetos y Métodos.

En ANSI C las funciones son algo relativamente independiente de las variables, y constituyen elcentro del lenguaje. Se dice por eso que C es un lenguaje algorítmico (o procedural, en inglés).Cualquier función se puede comunicar con las demás a través de variables globales, del valor deretorno y de los argumentos, pasados por valor o por referencia. Esta facilidad para comunicarsecon otras funciones hace que se puedan producir efectos laterales no deseados.

En un Lenguaje Orientado a Objetos tal como el C++, el centro del lenguaje no son lasfunciones sino los datos, o más bien los objetos, que contienen datos y funciones concretas quepermiten manipularlos y trabajar sobre ellos. Esto hace que la mentalidad con la que se aborda larealización de un programa tenga que ser muy diferente.

Para proteger a las variables de modificaciones no deseadas se introduce el concepto deencapsulación, ocultamiento o abstracción de datos. Los miembros de una clase se pueden dividiren públicos y privados. Los miembros públicos son aquellos a los que se puede acceder librementedesde fuera de la clase. Los miembros privados, por el contrario, solamente pueden ser accedidospor los métodos de la propia clase.

De ordinario una clase ofrece un conjunto de funciones públicas a través de las cuales sepuede actuar sobre los datos, que serán privados. Estas funciones o métodos públicos constituyen lainterface de la clase. De esta forma se garantiza que se hace buen uso de los objetos, manteniendola coherencia de la información. Esto sería imposible si se accediera libre e independientemente acada variable miembro. Al usuario le es suficiente con saber cómo comunicarse con un objeto, perono tiene por qué conocer el funcionamiento interno del mismo. En C++ los métodos de una clasepueden ser funciones u operadores. Todo esto se estudiará en detalle más adelante.

Ya se ha hablado de las funciones sobrecargadas, que son funciones con el mismo nombrepero con distintos argumentos y definición. Otra posibilidad interesante es la de que objetos dedistintas clases respondan de manera análoga al aplicarles funciones con idéntico nombre yargumentos. Esta posibilidad da origen a las funciones virtuales y al polimorfismo, diferente de lasfunciones sobrecargadas, al que se dedicará un capítulo completo de este manual, ya que es una delas capacidades más importantes del C++.

3.3 Ejemplo de clase en C++: números complejos

Antes de entrar en las explicaciones más detalladas de la Programación Orientada a Objetos segúnel lenguaje C++, se va a presentar un ejemplo relativamente sencillo. No importa que ahora no seentienda este ejemplo en todos sus detalles: lo importante es ver de un modo general lasposibilidades que C++ ofrece y el grado de complejidad de sus soluciones. En una primera etapa, lalectura de este apartado podría omitirse. Los programas de este ejemplo tienen las líneas numeradas.Esto no tiene nada que ver con C++; se ha hecho con Word al objeto de poder hacer referencia conmás facilidad al código del programa.

El presente ejemplo define la clase complejo, que permite trabajar con números complejos deuna forma muy sencilla y natural. El fichero complejo.h contiene la definición de la clase; el ficherocomplejo.cpp contiene la definición de las funciones y operadores de la clase complejo. Finalmenteel fichero main.cpp contiene un programa principal que utiliza algunas de las posibilidades de estaclase. Esta organización de ficheros es bastante habitual en C++. Todos los usuarios de la clasetienen acceso al fichero header donde se define la clase, en este caso complejo.h. La definición delas funciones y operadores (implementación de la clase) se hace en otro fichero fuente al cual ya no


es necesario acceder. De ordinario basta acceder al resultado de compilar complejo.cpp, pero losdetalles de este código fuente pueden quedar ocultos al usuario de la clase complejo.

El contenido del fichero complejo.h es como sigue:

1. // fichero complejo.h2. // declaración de la clase complejo

3. #ifndef __COMPLEJO_H__4. #define __COMPLEJO_H__

5. #include <iostream.h>

6. class complejo7. {8. private:9. double real;10. double imag;11. public:12. // Constructores13. complejo(void);14. complejo(double, double im=0.0);15. complejo(const complejo&);16. // SetThings17. void SetData(void);18. void SetReal(double);19. void SetImag(double);20. // GetThings21. double GetReal(void){return real;}22. double GetImag(void){return imag;}23. // Sobrecarga de operadores aritméticos24. complejo operator+ (const complejo&);25. complejo operator- (const complejo&);26. complejo operator* (const complejo&);27. complejo operator/ (const complejo&);28. // Sobrecarga del operador de asignación29. complejo& operator= (const complejo&);30. // Sobrecarga de operadores de comparación31. friend int operator== (const complejo&, const complejo&);32. friend int operator!= (const complejo&, const complejo&);33. // Sobrecarga del operador de inserción en el flujo de salida34. friend ostream& operator<< (ostream&, const complejo&);35. };

36. #endif

En los párrafos que siguen se comenta brevemente el contenido del fichero complejo.h:

• La definición de la clase complejo se ha introducido dentro de una bifurcación #ifndef ...#endif del preprocesador de C++, con objeto de prevenir una inclusión múltiple en unfichero fuente.

• La clase complejo tiene dos variabes miembro privadas tipo double, llamadas real e imag,que representan la parte real e imaginaria del número complejo (líneas 9-10). Al serprivadas los usuarios de la clase no podrán acceder directamente a ellas por medio de losoperadores punto (.) y flecha (->), como se hace con las estructuras de C.

• Las líneas 11-34 contienen la declaración de un conjunto de funciones y operadoresmiembro de la clase complejo. Todas ellas han sido declaradas en la sección public: de laclase, por lo que se podrán utilizar desde fuera de la clase sin restricciones. Ya se ve unadiferencia importante con las estructuras de C: las clases de C++, además de contenervariables miembro, pueden también definir funciones y operadores miembro quetrabajarán con las variables miembro –datos- de la clase.


• Las tres primeras funciones miembro (líneas 13-15) son los constructores de la clase. Losconstructores tienen el mismo nombre que la clase y no tienen valor de retorno, ni siquieravoid. Los constructores se llaman de modo automático cada vez que se crea un objeto dela clase (en este caso, cada vez que se cree un número complejo) y su misión es que todaslas variables miembro de cualquier objeto estén siempre correctamente inicializadas. Lalínea 15 contiene la declaración del constructor de copia, que se llama cuando hay quecrear un objeto a partir de otro objeto de la misma clase.

• El siguiente grupo de funciones miembro (líneas 17-19) permite dar valor a las variablesmiembro real e imag, que por ser privadas, no son accesibles directamente. Es habitualque el nombre de este tipo de funciones empiece por la palabra inglesa set.

• Las funciones miembro 21-22 permiten acceder a las variables miembro privadas. Estetipo de funciones suelen empezar con la palabra inglesa get. En este caso, junto con ladeclaración de la función se ha incluido su definición. Obsérvese que estas funcionesacceden a las variables miembro real e imag directamente, sin necesidad de pasárselascomo argumento. Ésta es una característica de todas las funciones miembro de una clase.

• Las líneas 24-27 contienen la declaración de los 4 operadores aritméticos comooperadores miembro de la clase. Los operadores son análogos a las funcionessustituyendo el nombre de la función por la palabra operator seguida del carácter ocaracteres del operador de C++ que se desea sobrecargar. Al dar una nueva definiciónpara los operadores suma (+), resta (-), multiplicación (*) y división (/) acorde con laaritmética de números complejos, se podrán introducir expresiones aritméticas paranúmeros complejos enteramente análogas a las de variables int, long, float o double. Loscuatro operadores tienen un valor de retorno complejo, pero sólo tienen un argumento quees una referencia constante a complejo. Dado que estos cuatro operadores son binarios,¿dónde está el otro operando? La respuesta es que en una expresión del tipo a+b, dondetanto a como b son números complejos, el primer operando a es un argumento implícito(a cuyas variables miembro real e imag se accede directamente), mientras que el segundooperando debe ser pasado como argumento explícito al operador, y se accederá a susvariables miembro a través del nombre y el operador punto (.). Esto quedará más claro alver la definición de estos operadores en el fichero complejo.cpp.

• La línea 29 declara el operador de asignación (=) sobrecargado. En este caso elargumento implícito es el miembro izquierdo de la igualdad, mientras que el miembroderecho es el argumento implícito. El valor de retorno es una referencia a complejo parapoder escribir expresiones del tipo a=b=c; que son legales en C/C++.

• Las líneas 31 y 32 definen los operadores de comparación (==) y (¡=). Estos operadoresno se han definido como operadores miembro de la clase, sino como operadores friend.Los operadores friend no tienen un objeto de la clase como argumento implícito y por ellohay que pasarles los dos argumentos de modo explícito.

• Finalmente, en la línea 34 se declara el operador de inserción en el flujo de salida (<<),que permitirá imprimir números complejos de forma análoga a lo que se hace con doubleso con cadenas de caracteres. Es también un operador friend. El primer argumento es unareferencia al flujo de salida y el segundo una referencia const al complejo a imprimir. Elvalor de retorno es la referencia al flujo de salida con el número complejo ya añadido conel formato adecuado.

A continuación se muestra el contenido del fichero complejo.cpp, que contiene la definiciónde las funciones miembro y friend declaradas en complejo.h. No se van a dar unas explicaciones


tan pormenorizadas como en el caso anterior, pero no es difícil que en una segunda lectura (despuésde haber leído los siguientes capítulos) las cosas queden bastante claras en la mente del lector.

37. // fichero complejo.h38. // funciones y operadores de la clase complejo

39. #include "complejo.h"

40. // constructor por defecto41. complejo::complejo(void)42. {43. real = 0.0;44. imag = 0.0;45. }

46. // constructor general47. complejo::complejo(double re, double im)48. {49. real = re;50. imag = im;51. }

52. // constructor de copia53. complejo::complejo(const complejo& c)54. {55. real = c.real;56. imag = c.imag;57. }

58. // función miembro SetData()59. void complejo::SetData(void)60. {61. cout << "Introduzca el valor real del complejo: ";62. cin >> real;63. cout << "Introduzca el valor imaginario del complejo: ";64. cin >> imag;65. }

66. void complejo::SetReal(double re)67. {68. real = re;69. }

70. void complejo::SetImag(double im)71. {72. imag = im;73. }

74. // operador miembro + sobrecargado75. complejo complejo::operator+ (const complejo &a)76. {77. complejo suma;78. suma.real = real + a.real;79. suma.imag = imag + a.imag;80. return suma;81. }

82. // operador miembro - sobrecargado83. complejo complejo::operator- (const complejo &a)84. {85. complejo resta;86. resta.real = real - a.real;87. resta.imag = imag - a.imag;88. return resta;89. }


90. // operador miembro * sobrecargado91. complejo complejo::operator* (const complejo &a)92. {93. complejo producto;94. producto.real = real*a.real - imag*a.imag;95. producto.imag = real*a.imag + a.real*imag;96. return producto;97. }

98. // operador miembro / sobrecargado99. complejo complejo::operator/ (const complejo &a)100. {101. complejo cociente;102. double d = a.real*a.real + a.imag*a.imag;103. cociente.real = (real*a.real + imag*a.imag)/d;104. cociente.imag = (-real*a.imag + imag*a.real)/d;105. return cociente;106. }

107. // operador miembro de asignación sobrecargado108. complejo& complejo::operator= (const complejo &a)109. {110. real = a.real;111. imag = a.imag;112. return (*this);113. }

114. // operador friend de test de igualdad sobrecargado115. int operator== (const complejo& a, const complejo& b)116. {117. if (a.real==b.real && a.imag==b.imag)118. return 1;119. else120. return 0;121. }

122. // operador friend de test de desigualdad sobrecargado123. int operator!= (const complejo& a, const complejo& b)124. {125. if (a.real!=b.real || a.imag!=b.imag)126. return 1;127. else128. return 0;129. }

130. // operador friend << sobrecargado131. ostream& operator << (ostream& co, const complejo &a)132. {133. co << a.real;134. long fl = co.setf(ios::showpos);135. co << a.imag << "i";136. co.flags(fl);137. return co;138. }

A propósito de las funciones anteriores se pueden hacer los comentarios siguientes:

• En C++ es habitual distinguir entre la declaración de una clase (fichero complejo.h) y suimplementación (fichero complejo.cpp). De ordinario sólo la declaración es pública,quedando oculta a los usuarios de la clase la forma en la que se han programado lasdistintas funciones y operadores miembro.

• Las funciones y operadores miembro de una clase se definen anteponiendo a su nombreel nombre de la clase y el scope resolution operator (::).


• Las funciones y operadores miembro acceden directamente a las variables miembro delobjeto implícito, y por medio del nombre y del operador punto (.) a las del objeto pasadoexplícitamente. Por ejemplo, supóngase la operación (x+y;), donde tanto x como y soncomplejos. Para hacer esta operación se utilizará el operador + sobrecargado, definido enlas líneas 75-81. En este caso x es el argumento implícito, mientras que el objeto y se pasaexplícitamete por ventana. Dentro de la función que define el operador +, las partes real eimaginaria de x se acceden como real e imag, mientras que las de y se acceden comoa.real y a.imag, pues el argumento actual y se recibe como argumento formal a.

• Las funciones y operadores friend no pertenecen a la clase y por tanto no llevan elnombre de la clase y el scope resolution operator (::).. Estas funciones no tienenargumento implícito y todos los argumentos deben pasar por ventana.

• En la sobrecarga del operador miembro de asignación (=) (líneas 108-113) aparece lasentencia (return (*this);). ¿Qué representa esto? La idea es que las funciones yoperadores miembro acceden directamente a las variables miembro del objeto que es suargumento implícito, pero sólo con esto carecerían de una visión de conjunto de dichoargumento. Por ejemplo, en la sentencia (x=y;) el operador = recibe y como argumentoformal a, y aunque puede acceder a las variables real e imag de x no puede acceder a xcomo objeto. Esto se soluciona en C++ con el puntero this, que es siempre un puntero alargumento implícito de cualquier función u operador miembro de una clase. De acuerdocon esto, *this será el argumento implícito x y ese es su significado.

Finalmente se muestra el programa principal main.cpp y la salida por pantalla que origina.

139. // fichero main.cpp

140. #include "complejo.h"

141. void main(void)142. {

// se crean dos complejos con el constructor general143. complejo c1(1.0, 1.0);144. complejo c2(2.0, 2.0);

// se crea un complejo con el constructor por defecto145. complejo c3;

// se da valor a la parte real e imaginaria de c3146. c3.SetReal(5.0);147. c3.SetImag(2.0);

// se crea un complejo con el valor por defecto (0.0) del 2º argumento148. complejo c4(4.0);

// se crea un complejo a partir del resultado de una expresión // se utiliza el constructor de copia

149. complejo suma = c1 + c2; // se crean tres complejos con el constructor por defecto

150. complejo resta, producto, cociente; // se asignan valores con los operadores sobrecargados

151. resta = c1 - c2;152. producto = c1 * c2;153. cociente = c1 / c2;

// se imprimen los números complejos con el operador << sobrecargado154. cout << c1 << ", " << c2 << ", " << c3 << ", " << c4 << endl;155. cout << "Primer complejo: " << c1 << endl;156. cout << "Segundo complejo: " << c2 << endl;157. cout << "Suma: " << suma << endl;158. cout << "Resta: " << resta << endl;159. cout << "Producto: " << producto << endl;160. cout << "Cociente: " << cociente << endl;


// se comparan complejos con los operadores == y != sobrecargados161. if (c1==c2)162. cout << "Los complejos son iguales." << endl;163. else164. cout << "Los complejos no son iguales." << endl;

165. if (c1!=c2)166. cout << "Los complejos son diferentes." << endl;167. else168. cout << "Los complejos no son diferentes." << endl;

169. cout << "Ya he terminado." << endl;170. }

La salida por pantalla, basada en los números complejos definidos en el programa principal,es la siguiente:

1+1i, 2+2i, 0+0i, 4+0iPrimer complejo: 1+1iSegundo complejo: 2+2iSuma: 3+3iResta: -1-1iProducto: 0+4iCociente: 0.5+0iLos complejos no son iguales.Los complejos son diferentes.Ya he terminado.

El programa principal incluye suficientes comentarios como para entender fácilmente sufuncionamiento. Puede observarse la forma tan natural con la que se opera y se imprimen estosnúmeros complejos, de un modo completamente análogo a lo que se hace con las variables estándarde C++.

3.4 Clase sin secciones privadas: struct

Una clase sin secciones privadas es aquella en la que no se aplica la encapsulación. Estaposibilidad no es muy interesante en la programación habitual, pero puede servir de introducción alas clases.

Una estructura sencilla podría ser la siguiente (en este caso C y C++ coinciden):struct C_Cuenta { double Saldo; double Interes;};

A los datos declarados dentro de una estructura se les da el nombre de variables miembro,datos miembro, o simplemente miembros de la estructura. La estructura del ejemplo anterior tienedos miembros: Saldo e Interes. La visibilidad de estos dos miembros es el bloque encerrado entrelas llaves, pero al igual que en C se puede acceder a ellos desde fuera del bloque por medio de losoperadores punto (.) y flecha (->).

Para declarar objetos de la estructura C_Cuenta, en C habría que hacer lo siguiente:struct C_Cuenta c1, c2;

pero al programar en C++ es suficiente con escribir:C_Cuenta c1, c2;

ya que en C++ una estructura o clase definida por el usuario es como un tipo de variable.


Para acceder a cada una de las variables miembro de la clase se utiliza el operador dot opunto (.), o bien el operador arrow o flecha (->). Así c1.Saldo se refiere a la variable Saldo de c1, yc2.Interes se refiere a la variable Interes de la c2. Este operador tiene precedencia sobre casi todoslos demás operadores. De forma análoga, el operador flecha (->) se utiliza cuando se dispone de ladirección de un objeto (en el puntero correspondiente), en lugar del nombre del objeto. Como severá más adelante, en C++ es mucho más habitual utilizar el operador flecha que el operador punto.

Ya se ha dicho que la principal característica de las clases de C++ era que agrupan datos yfunciones. En C++ las estructuras definidas como en el ejemplo anterior son verdaderas clases. Sepueden añadir algunas funciones a la clase anterior para que sea un caso más real. Estas funcionesserán los métodos que permitirán interactuar con las variables de esa clase. Así la clase C_Cuentapuede quedar de esta manera:

struct C_Cuenta { // Variables miembro 13

double Saldo; // Saldo Actual de la cuenta double Interes; // Interés aplicado // Métodos 14

double GetSaldo(); double GetInteres(); void SetSaldo(double unSaldo); void SetInteres(double unInteres);};

Las definiciones de esas funciones o métodos podrían ser como sigue:double C_Cuenta::GetSaldo() { return Saldo; } // Se obtiene el valor de la variable Saldo

double C_Cuenta::GetInteres() { return Interes; // Se obtiene el valor de la variable Interes

void C_Cuenta::SetSaldo(double unSaldo) { Saldo = unSaldo; } // Se asigna un valor a la variable Saldo

void C_Cuenta::SetInteres(double unInteres) { Interes = unInteres; // Se asigna un valor a la variable Interes

Se puede adelantar ya que las funciones que se acaban de definir van a resultar muy útilespara acceder a la variables miembro de una clase, salvaguardando el principio de encapsulación.

El operador (::) recibe el nombre de operador de resolución de visibilidad (scope resolutionoperator). La notación double C_Cuenta::GetSaldo() indica que se está haciendo referencia a lafunción GetSaldo definida como función miembro en la clase C_Cuenta. Mediante esta notación sepuede distinguir entre funciones que tengan el mismo nombre pero distintas visibilidades y permitetambién acceder a funciones desde puntos del programa en que éstas no son visibles.

La definición de las funciones miembro puede estar incluida en la definición de la propiaclase, en cuyo caso la clase quedaría como se muestra a continuación:

13 A lo largo de este manual se utilizará la letra negrita para remarcar los nuevos aspectos que se vayan añadiendo al

ejemplo.14 Es habitual llamar con la palabra inglesa Get a las funciones que devuelven el valor de una variable y con la palabra

Set a las que permiten cambiar el valor de esa variable.


struct C_Cuenta { // Variables miembro double Saldo; // Saldo Actual de la cuenta double Interes; // Interés aplicado // Métodos

double C_Cuenta::GetSaldo() { return Saldo; }

double C_Cuenta::GetInteres() { return Interes;

void C_Cuenta::SetSaldo(double unSaldo) { Saldo = unSaldo; }

void C_Cuenta::SetInteres(double unInteres) { Interes = unInteres;};

void main(void) { C_Cuenta c1; c1.Interes = 4.0; // válida, pero se viola el principio de encapsulación c1.SetInteres(4.0); // correcto}

En el ejemplo anterior aparece ya un pequeño programa principal que utiliza la clase que seacaba de definir.

Se debe distinguir entre los operadores (.) y el (::). El operador punto (.) se utiliza paraacceder a una variable o función miembro a partir del nombre de un determinado objeto, mientrasque el operador scope resolution (::) sirve para designar a un miembro (variable o función) de unaclase en su definición. Recuérdese que el operador (::) permite también hacer referencia a unavariable global desde dentro de una función de una clase que contenga una variable miembro con elmismo nombre.

Se puede ver que una llamada a la función SetInteres() en la forma:c1.SetInteres(100.0);

es equivalente a la sentencia:c1.Interes = 100.0;

mientras que una llamada a la función GetSaldo() en la forma:cash = c2.GetSaldo();

es equivalente a la sentencia:cash = c2.Saldo;

Esta última forma de acceder a una variable miembro de una clase atenta contra el principiode encapsulación, que es uno de los objetivos más importantes de la programación orientada aobjetos.

Un usuario de una clase sólo necesita conocer el interface, es decir, el aspecto externo de laclase, para poder utilizarla correctamente. En otras palabras, le sería suficiente con conocer ladeclaración de las funciones miembro públicas y el significado de los argumentos, además de lasvariables miembro públicas, si las hubiera.

3.5 Clases con secciones privadas.

Las declaraciones de variables y funciones miembro de la clase C_Cuenta del siguiente ejemploestán divididas en dos grupos, encabezados respectivamente por las palabras private: y public:.


Habitualmente las variables miembro suelen ser privadas y algunas funciones miembro públicas,pero ya se verán todo tipo de combinaciones posibles.

class C_Cuenta { // Variables miembro private: char *Nombre; // Nombre de la persona double Saldo; // Saldo Actual de la cuenta double Interes; // Interés aplicado

public: // Métodos char *GetNombre() { return Nombre; } double GetSaldo() { return Saldo; } double GetInteres() { return Interes; } void SetSaldo(double unSaldo) { Saldo = unSaldo; } void SetInteres(double unInteres) { Interes = unInteres; } void Ingreso(double unaCantidad) { SetSaldo( GetSaldo() + unaCantidad ); }};

Una primera diferencia respecto a los ejemplos anteriores es que se ha sustituido la palabrastruct (bien conocida en C) por la palabra class, que es propia de C++. Ambas palabras pueden serutilizadas en la definición de las clases de C++. Enseguida se verá la pequeña diferencia que existeentre utilizar una palabra u otra.

La palabra private precediendo a la declaración de las variables o funciones miembro indicaal compilador que el acceso a dichos miembros sólo está permitido a las funciones miembro de laclase, de forma que cualquier otra función o el programa principal, tienen prohibido acceder a ellasmediante los operadores punto (. ) y flecha (-> ), y de cualquier otra forma que no sea a través delas funciones miembro de la clase que sean public.

La palabra public precediendo a la declaración de las funciones o variables miembro indicaque dichas funciones podrán ser llamadas desde fuera de la clase mediante el procedimientohabitual en C para acceder a los miembros de las estructuras, es decir mediante los operadorespunto (. ) y flecha (-> ).

No es necesario poner las dos palabras public y private. Se tienen las dos opciones siguientes:

1. Definiendo la clase con la palabra struct la opción por defecto es public, de modo quetodas las variables y funciones miembro son public excepto las indicadas expresamentecomo private.

2. Por el contrario, utilizando la palabra class la opción por defecto es private, de modo quetodas las variables y funciones miembro son private excepto las indicadas expresamentecomo public.

Si se incluyen las dos palabras -public y private- es igual utilizar struct o class. En losucesivo se utilizará la palabra class, que se considera más segura y más propia de C++.

La solución que se utiliza habitualmente en C++ para resolver el problema de laencapsulación u ocultamiento de datos (data hidding) es que las funciones miembro públicas seanel único camino para acceder a las variables miembro (y funciones miembro) privadas. De estamanera, el programador de la clase puede tomar las medidas necesarias para que otros usuarios dela clase no modifiquen datos o funciones sin estar autorizados para ello.


Las funciones miembro públicas son habitualmente el interface entre los datos contenidos enlos objetos de la clase y los usuarios de la clase. Estos usuarios no necesitan tener acceso a losdetalles internos de dichos objetos; sólo necesitan saber cómo se utilizan las funciones miembropúblicas. Esto facilita también el mantenimiento y la mejora del programa: la clase y sus funcionesmiembro pueden ser sustituidas por una versión nueva, más eficiente. En tanto en cuanto ladeclaración de las funciones miembro públicas se mantenga igual, el cambio no tendrá ningunarepercusión en los demás programas y funciones que hacen uso de la clase.

En el ejemplo anterior se puede ver ya cómo las funciones miembro, que en este caso sontodas públicas, forman el interface utilizada para asignar y leer los valores de las variablesmiembro de la clase que son privadas. De esta manera se hace cumplir el principio deencapsulación.

3.6 Expansión Inline

3.6.1 DEFINICIÓN

Así pues, en la mayoría de los casos la programación orientada a objetos obliga a utilizar funcionespara poder acceder a las variables miembro de una clase. Por esta razón un programa orientado aobjetos contiene muchas llamadas a funciones. Por otra parte, muchas de las funciones que seutilizan contienen sólo unas pocas sentencias o incluso una sola, por ejemplo las funciones delectura y asignación de valores de una variable.

Cada llamada y retorno de una función tiene un cierto costo computacional, porque esnecesario reservar una zona de memoria para los argumentos de las funciones llamadas, que aveces, además tienen que ser copiados. En la mayoría de los casos el tiempo empleado en latransmisión de datos es despreciable frente al empleado en los cálculos. En el caso de que la funciónsea muy sencilla, sin embargo, no se puede despreciar ese tiempo y el uso frecuente de funcionesmuy sencillas y breves se revela muy poco eficiente

La expansión inline ofrece la solución a este problema sustituyendo en el programa lallamada a la función por el código de la misma, modificado para simular el paso de argumentos yvalor de retorno. Las funciones inline eliminan la necesidad de utilizar las macros de C.

La ventajas de las funciones inline vienen dadas porque su utilización puede suponer unareducción del tiempo de ejecución de un programa. El inconveniente de usar funciones inline es quela introducción de una copia del código en cada llamada a una función puede hacer que el tamañodel programa aumente considerablemente. En definitiva, el uso de este tipo de funciones estárecomendado en el caso de que sean funciones muy sencillas cuyo tiempo de llamada escomparable al tiempo de cálculo. Por el contrario, en el caso de funciones más grandes, la mejora enel tiempo de ejecución es despreciable y el tamaño del programa puede crecer innecesariamente.

3.6.2 IMPLEMENTACIÓN DE LAS FUNCIONES INLINE

C++ permite dos maneras distintas de implementar funciones inline.

1. La primera de ellas consiste en colocar la palabra inline precediendo a la definición de lafunción:

inline double funcion (double uno) { return uno; }

Es importante saber que esta indicación puede ser ignorada por el compilador en el caso de quela función en cuestión sea tan larga o tan complicada que su expansión inline resulte


desaconsejable. De todos modos, el que se produzca o no la expansión de la función no hacevariar nada la definición de la misma.

La definición de las funciones inline debe hacerse en los ficheros de encabezamiento(extensión *.h), y no en los ficheros fuente (extensión *.cpp). Cada vez que se utiliza unafunción inline su llamada es sustituida por el código de la misma, por lo que éste debe seraccesible para cualquier fichero fuente, y eso se consigue incluyéndola en el fichero header.

2. El segundo método de declaración de funciones inline consiste en colocar la definicióncompleta de la misma en la declaración de la función:

class una { double tal;

public: double Expandida( ) { return tal;}};

En el caso de que se incluya la definición de una función inline en una clase, esta mismadefinición sirve también como declaración. Estas definiciones pueden incluir argumentos pordefecto.

Tal como se han definido las funciones, incluyendo su definición en la declaración, estasfunciones ya eran inline. En el siguiente ejemplo se añade la palabra inline, aunque no es necesaria,para subrayar esta característica de las funciones:

class C_Cuenta { // Variables miembro private: // La palabra private no es necesaria char *Nombre; // Nombre de la persona double Saldo; // Saldo actual de la cuenta double Interes; // Interés aplicado

public: // Métodos inline char *GetNombre() // La palabra inline no es necesaria { return Nombre; } inline double GetSaldo() { return Saldo; } inline double GetInteres() { return Interes; } inline void SetSaldo(double unSaldo) { Saldo = unSaldo; } inline void SetInteres(double unInteres) { Interes = unInteres; } void Ingreso(double unaCantidad) { SetSaldo( GetSaldo() + unaCantidad ); }};

3.7 Entrada y salida de datos

La librería de C++ proporciona algunas herramientas para la entrada y salida de datos que la hacenmás versátil, y más complicada en ocasiones, que la de C. En C++ las entradas son leídas desdestreams y las salidas son escritas en streams. La palabra stream quiere decir algo así como canal,flujo o corriente. C++ hace que tanto la entrada como la salida de datos se vayan dirigiendo a unosflujos de entrada y/o de salida, sumándose a lo que ya se arrastra en esa dirección. A veces secomparan los streams con una cinta transportadora que introduce o saca datos del programa.

Al incluir la librería <iostream.h> se añaden al programa varios streams estándar. Los másutilizados son cin, que se utiliza para la entrada de datos (habitualmente desde teclado), cout, que se


utiliza para la salida (habitualmente por pantalla) y cerr, que se utiliza para los mensajes de error(también por pantalla).

El operador de inserción (<<) se utiliza para insertar datos en un stream. De esta manera, unainstrucción del tipo:

cout << 500;

coloca el valor 500 en el stream estándar de salida cout, de modo que por pantalla aparecerá elnúmero 500.

Se pueden utilizar varios operadores de inserción en una misma instrucción, de forma quevayan añadiéndose datos al stream de salida. Así una sentencia del tipo:

cout << 111 << 222 << 333;

imprimirá por pantalla:111222333

De una forma muy parecida se pueden imprimir cadenas de caracteres. La sentencia,cout << "Hola a todos";

imprime:Hola a todos

Tampoco tiene ninguna dificultad imprimir variables y/o constantes que sean combinación delos vistos hasta ahora, como por ejemplo en la sentencia:

cout << 500 << " y " << 600 << "son números pares.";

que imprime por pantalla el resultado siguiente:500 y 600 son números pares.

Al igual que C, C++ utiliza secuencias de escape para representar símbolos que no son losconvencionales. Las secuencias de escape están siempre formadas por el carácter (\) seguido de otrocarácter. Toda la secuencia de escape representa un único carácter y se considera indivisible. Lassecuencias de escape más utilizadas se incluyen a continuación:

\a alerta Hace emitir un beep al ordenador

\n nueva línea Hace saltar el cursor a la línea siguiente

\t tabulador Desplaza el cursor la distancia de un tabulador

\” comillas Imprime unas comilla

\\ barra inclinada Imprime una barra inclinada hacia la izquierda

Tabla 1: Secuencias de escape

Como se puede ver, la mayoría de estas secuencias de escape son equivalentes a las que ya seusaban en ANSI C.

3.7.1 UNA BREVE COMPARACIÓN CON LA ENTRADA Y SALIDA DE DATOS DE ANSI C

En C++ también se pueden utilizar las funciones printf() y scanf(), si se incluye la librería<stdio.h>. En la práctica esta opción no se utiliza mucho, porque los operadores (<<) y (>>) tienenalgunas ventajas que se van a citar a continuación.


Con los operadores propios de C++ se evita el chequeo de compatibilidad entre elespecificador de formato (lo que sigue al carácter %, como por ejemplo %s, %d, %lf, etc.) y elargumento actual de la función printf() o scanf(). Esto hace que se elimine una importante fuente deerrores, que provenía, además, de una innecesaria duplicidad de información de los tipos de variablea imprimir o leer. En C++ el compilador determina en tiempo de compilación el tipo de variableque el usuario desea imprimir y aplica un formato por defecto adecuado, evitando cualquierincompatibilidad.

Como se verá en el apartado de sobrecarga de operadores, C++ permite el mismo tratamientoa los tipos de variable definidos por el usuario que a los tipos de datos predefinidos del lenguaje.Esto quiere decir que el programador puede definir un operador (<<) especial para imprimir porejemplo números complejos (que incluya la letra i para indicar la parte imaginaria). Esta capacidadno está soportada por las funciones del ANSI C conocidas, a las que no se pueden añadir nuevosespecificadores de formato que permitan leer o escribir directamente los datos definidos por elusuario.

3.8 Operadores new y delete con clases

Los operadores new y delete pueden ser aplicados tanto a variables de los tipos predefinidos (int,float, double, …) como a objetos de las clases definidas por el usuario. Su principal aplicación estáen la creación de variables con reserva dinámica de memoria, sustituyendo a las funciones calloc(),malloc() y free() que se utilizan en C. Aquí es necesario hacer alguna matización referente a su usocon las clases definidas por el usuario.

Una vez creada la clase C_Cuenta, una sentencia del tipo:C_Cuenta *c1 = new C_Cuenta;

supone una operación en tres fases:

1. En primer lugar se crea un puntero c1 capaz de contener la dirección de un objeto de la clase.

2. A continuación, por medio del operador new se reserva memoria para un objeto del tipoC_Cuenta.

3. Finalmente se llama, de modo transparente al usuario, a un constructor de la clase C_Cuenta.

Los constructores son funciones que se llaman automáticamente al crear un objeto de unaclase. Su misión es dar un valor inicial a todas las variables miembro, de modo que no haya nuncaobjetos con variables sin un valor apropiado (conteniendo basura informática). Los constructores seexplican en el apartado siguiente. El operador new se puede utilizar para crear vectores de objetos(en una forma similar a como se crean vectores de variables) con reserva dinámica de memoria, enla forma:

C_Cuenta *ctas = new C_Cuenta[100];

La diferencia fundamental entre new y delete por una parte, y malloc() y free() por otra es quelos primeros crean y destruyen objetos, mientras que los segundos se limitan a reservar y liberarzonas de memoria. Además hay que tener en cuenta que new puede ser sobrecargado comocualquier otro operador, con las ventajas de simplificación de código que ello supone. Lasobrecarga de operadores se estudiará en un apartado posterior.

Al utilizar delete (lo mismo sucede con free()), se libera la zona de memoria a la que apunta,pero sin borrar el propio puntero. Si se manda liberar lo apuntado por un puntero nulo no pasa nadaespecial y el programa no libera memoria. Sin embargo si se ordena liberar dos veces lo apuntado


por un puntero las consecuencias son imprevisibles y puede que incluso catastróficas, por lo que esimportante evitar este tipo de errores.

En el caso de que se desee liberar la memoria ocupada por un vector creado mediante reservadinámica de memoria debe emplearse una instrucción del tipo:

delete [] ctas;

siendo ctas el puntero al primer elemento del vector (el puntero que recogió el valor de retorno denew).

3.9 Constructores y destructores

Ya se ha apuntado que C++ no permite crear objetos sin dar un valor inicial apropiado a todas susvariables miembro. Esto se hace por medio de unas funciones llamadas constructores, que sellaman automáticamente siempre que se crea un objeto de una clase.

Se van a estudiar ahora algunas formas posibles de crear e inicializar objetos, tales como c1.Una primera manera en la que se podría hacer esto bien pudiera ser ésta:

C_Cuenta c1; // se crea el objetoc1.Saldo = 500.0; // se da valor a sus variables miembroc1.Interes= 10.0;

Este método, a pesar de ser correcto, viola el principio de encapsulación al manejardirectamente las variables miembro. Al igual que sucede con los arrays y cadenas de caracteres, C yC++ también permiten declarar e inicializar las variables de la siguiente manera (más compacta, quees una inicialización):

C_Cuenta c1 = { 500.0, 10.0 };

Los valores que aparecen entre las llaves son asignados a las variables miembro de la clase oestructura, en el mismo orden en que esas variables aparecen en la declaración de esa clase. Detodos modos, esta forma de declarar las variables incumple también el principio de encapsulación,que es uno de los objetivos de la programación orientada a objetos.

Para permitir la creación de objetos siendo fieles a la encapsulación se utilizan losconstructores. Estos son unas funciones miembro de una clase especiales que se llaman de modoautomático al crear los objetos, y dan un valor inicial a cada una de las variables miembro. Elnombre del constructor es siempre el mismo que el nombre de la clase. Así el constructor de laclase C_Cuenta se llamará, a su vez, C_Cuenta. Además, los constructores se caracterizan porquese declaran y definen sin valor de retorno, ni siquiera void. Utilizando las capacidades desobrecarga de funciones de C++, para una clase se pueden definir varios constructores.

El uso del constructor es tan importante que, en el caso de que el programador no definaningún constructor para una clase, el compilador de C++ proporciona un constructor de oficio(también llamado a veces por defecto, aunque como más tarde se verá que esta terminología puederesultar confusa).

Si la clase C_Cuenta se completa con su constructor, su declaración quedará de la siguienteforma:

class C_Cuenta { // Variables miembro private: double Saldo; // Saldo Actual de la cuenta double Interes; // Interés aplicado public: // Constructor C_Cuenta(double unSaldo, double unInteres);


// Acciones básicas double GetSaldo() { return Saldo; } double GetInteres() { return Interes; } void SetSaldo(double unSaldo) { Saldo = unSaldo; } void SetInteres(double unInteres) { Interes = unInteres; } void Ingreso(double unaCantidad) { SetSaldo( GetSaldo() + unaCantidad ); }};

Conviene insistir en que el constructor se declara y define sin valor de retorno, y que en unaclase puede haber varios constructores, pues como el resto de las funciones puede estarsobrecargado. La definición del constructor de la clase C_Cuenta pudiera ser la que a continuaciónse presenta:

C_Cuenta::C_Cuenta(double unSaldo, double unInteres){ // La clase puede hacer llamadas a los métodos // previamente definidos SetSaldo(unSaldo); SetInteres(unInteres);}

Teniendo en cuenta que el constructor es una función miembro, y que como tal tiene accesodirecto a las variables miembro privadas de la clase (sin utilizar los operadores punto o flecha), elconstructor también podría definirse del siguiente modo:

C_Cuenta::C_Cuenta(double unSaldo, double unInteres){ // El constructor accede a las variables miembro y les asigna el // valor de los parámetros Saldo = unSaldo; Interes = unInteres;}

3.9.1 INICIALIZADORES

Todavía se puede programar al constructor de una tercera forma, con ventajas sobre las explicadasen el apartado anterior. La idea del constructor es inicializar variables, y una sentencia deasignación no es la única ni la mejor forma de inicializar una variable. C++ permite inicializarvariables miembro fuera del cuerpo del constructor, de la siguiente forma:

C_Cuenta::C_Cuenta(double unSaldo, double unInteres) : Saldo(unSaldo), Interes(unInteres) // inicializadores{ // En este caso el cuerpo del constructor está vacío }

donde se ve que los inicializadores se introducen, tras el carácter dos puntos (:), separados porcomas, justo antes de abrir las llaves del cuerpo del constructor. Constan del nombre de la variablemiembro seguido, entre paréntesis, del argumento que le da valor. Los inicializadores son máseficientes que las sentencias de asignación, y además permiten definir variables miembro const, quepueden ser inicializadas pero no asignadas.

3.9.2 LLAMADAS AL CONSTRUCTOR

Ya se ha dicho que el operador new se encarga de llamar al constructor de una clase cada vez quese crea un objeto de esa clase.

La llamada al constructor se puede hacer explícitamente en la forma:


C_Cuenta c1 = C_Cuenta(500.0, 10.0);

o bien, de una forma implícita, más abreviada, permitida por C++:C_Cuenta c1(500.0, 10.0);

Los dos ejemplos que se acaban de presentar tienen en común el que se trata de crear el objetoc1 perteneciente a la clase C_Cuenta. Esto va en la línea de lo ya apuntado: siempre que se crea unobjeto de una clase, se llama implícita o explícitamente al constructor de la clase para que loinicialice.

3.9.3 CONSTRUCTOR POR DEFECTO Y CONSTRUCTOR CON PARÁMETROS CON VALOR POR DEFECTO

Se llama constructor por defecto a un constructor que no necesita que se le pasen parámetros oargumentos para inicializar las variables miembro de la clase. Un constructor por defecto es puesun constructor que no tiene argumentos o que, si los tiene, todos sus argumentos tienen asignadosun valor por defecto en la declaración del constructor. En cualquier caso, puede ser llamado sintenerle que pasar ningún argumento.

El constructor por defecto es necesario si se quiere hacer una declaración en la forma:C_Cuenta c1;

y también cuando se quiere crear un vector de objetos, por ejemplo en la forma:C_Cuenta cuentas[100];

ya que en este caso se crean e inicializan múltiples objetos sin poderles pasar argumentospersonalizados o propios para cada uno de ellos.

Al igual que todas las demás funciones de C++, el constructor puede tener definidos unosvalores por defecto para los parámetros, que se asignen a las variables miembro de la clase. Esto esespecialmente útil en el caso de que una variable miembro repita su valor para todos o casi todos losobjetos de esa clase que se creen. Considérese el ejemplo siguiente:

class C_Cuenta { // Variables miembro private: double Saldo; // Saldo Actual de la cuenta double Interes; // Interés aplicado public: // Constructor C_Cuenta(double unSaldo=0.0, double unInteres=0.0) { SetSaldo(unSaldo); SetInteres(unInteres); } // Métodos char *GetNombre() { return Nombre; } double GetSaldo() { return Saldo; } double GetInteres() { return Interes; } void SetSaldo(double unSaldo) { Saldo = unSaldo; } void SetInteres(double unInteres) { Interes = unInteres; } void Ingreso(double unaCantidad) { SetSaldo( GetSaldo() + unaCantidad ); }};


void main() { // Ya es válida la construcción sin parámetros C_Cuenta C0; // unSaldo=0.0 y unInteres=0.0 // También es válida con un parámetro C_Cuenta C1(10.0); // unSaldo=10.0 y unInteres=0.0 // y con dos parámetros C_Cuenta C2(20.0, 1.0); // unSaldo=20.0 y unInteres=1.0 ...}

En el ejemplo anterior se observa la utilización de un mismo constructor para crear objetos dela clase C_Cuenta de tres maneras distintas. La primera llamada al constructor se hace sinargumentos, por lo que las variables miembro tomaran los valores por defecto dados en ladefinición de la clase. En este caso Saldo valdrá 0 e Interes también valdrá 0.

En la segunda llamada se pasa un único argumento, que se asignará a la primera variable de ladefinición del constructor, es decir a Saldo. La otra variable, para la que no se asigna ningún valoren la llamada, tomará el valor asignado por defecto. Hay que recordar aquí que no es posible en lallamada asignar un valor al segundo argumento si no ha sido asignado antes otro valor a todos losargumentos anteriores (en este caso sólo al primero). En la tercera llamada al constructor se pasandos argumentos por la ventana de la función, por lo que las variables miembro tomarán esosvalores.

3.9.4 CONSTRUCTOR DE OFICIO

¿Qué hubiera pasado si en la clase C_Cuenta no se hubiera definido ningún constructor? Pues eneste caso concreto, no hubiera pasado nada, o al menos nada catastrófico. El compilador de C++habría creado un constructor de oficio, sin argumentos. ¿Qué puede hacer un constructor sinargumentos? Pues lo más razonable que puede hacer es inicializar todas las variables miembro acero. Quizás esto es muy razonable para el Saldo, aunque quizás no tanto para la variable Interes.

Así pues, se llamará en estos apuntes constructor por defecto a un constructor que no tieneargumentos o que si los tiene, se han definido con valores por defecto. Se llamará constructor deoficio al constructor por defecto que define automáticamente el compilador si el usuario no defineningún constructor. Ambos conceptos no son equivalentes, pues si bien todo constructor de oficioes constructor por defecto (ya que no tiene argumentos), lo contrario no es cierto, pues elprogramador puede definir constructores por defecto que obviamente no son de oficio.

Un punto importante es que el compilador sólo crea un constructor de oficio en el caso de queel programador no haya definido ningún constructor. En el caso de que el usuario sólo hayadefinido un constructor con argumentos y se necesite un constructor por defecto para crear porejemplo un vector de objetos, el compilador no crea este constructor por defecto sino que da unmensaje de error.

Los constructores de oficio son cómodos para el programador (no tiene que programarlos) yen muchos casos también correctos y suficientes. Sin embargo, ya se verá en un próximo apartadoque en ocasiones conducen a resultados incorrectos e incluso a errores fatales.

3.9.5 CONSTRUCTOR DE COPIA

Ya se ha comentado que C++ obliga a inicializar las variables miembro de una clase llamando a unconstructor, cada vez que se crea un objeto de dicha clase. Se ha comentado también que elconstructor puede recibir como parámetros los valores que tiene que asignar a las variablesmiembro, o puede asignar valores por defecto.


Existe un caso particular de gran interés no comprendido en lo explicado hasta ahora y que seproduce cuando se crea un objeto inicializándolo a partir de otro objeto de la misma clase. Porejemplo, C++ permite crear tres objetos c1, c2 y c3 de la siguiente forma:

C_Cuenta c1(1000.0, 8.5);C_Cuenta c2 = c1;C_Cuenta c3(c1);

En la primera sentencia se crea un objeto c1 con un saldo de 1000 y un interés del 8.5%. En lasegunda se crea un objeto c2 a cuyas variables miembro se les asignan los mismos valores quetienen en c1. La tercera sentencia es una forma sintáctica equivalente a la segunda: también c3 seinicializa con los valores de c1.

En las sentencias anteriores se han creado tres objetos y por definición se ha tenido que llamartres veces a un constructor. Realmente así ha sido: en la primera sentencia se ha llamado alconstructor con argumentos definido en la clase, pero en la segunda y en la tercera se ha llamado aun constructor especial llamado constructor de copia (copy constructor). Por definición, elconstructor de copia tiene un único argumento que es una referencia constante a un objeto de laclase. Su declaración sería pues como sigue:

C_Cuenta(const C_Cuenta&);

Las sentencias anteriores de declaración de los objetos c2 y c3 funcionarían correctamenteaunque no se haya declarado y definido en la clase C_Cuenta ningún constructor de copia. Esto esasí porque el compilador de C++ proporciona también un constructor de copia de oficio, cuando elprogramador no lo define. El constructor de copia de oficio se limita a realizar una copia bit a bitde las variables miembro del objeto original al objeto copia. En este caso, eso es perfectamentecorrecto y es todo lo que se necesita. Pronto se verá algún ejemplo en el que esta copia bit a bit noda los resultados esperados. En este caso el programador debe preparar su propio constructor decopia e incluirlo en la clase como un constructor sobrecargado más.

Además del ejemplo visto de declaración de un objeto iniciándolo a partir de otro objeto de lamisma clase, hay otros dos casos muy importantes en los que se utiliza el constructor de copia:

1. Cuando a una función se le pasan objetos como argumentos por valor, y

2. Cuando una función tiene un objeto como valor de retorno.

En ambos casos hay que crear copias del objeto y para ello se utiliza el constructor de copia.

3.9.6 NECESIDAD DE ESCRIBIR UN CONSTRUCTOR DE COPIA

Ha llegado ya el momento de explicar cómo surge la necesidad de escribir un constructor de copiadistinto del que proporciona el compilador. Considérese una clase Alumno con dos variablesmiembro: un puntero a char llamado nombre y un long llamado nmat que representa el número dematrícula..

class Alumno { char* nombre; long nmat; ...};

En realidad, esta clase no incluye el nombre del alumno, sino sólo un puntero a carácter quepermitirá almacenar la dirección de memoria donde está realmente almacenado el nombre. Estamemoria se reservará dinámicamente cuando el objeto vaya a ser inicializado. Lo importante esdarse cuenta de que el nombre no es realmente una variable miembro de la clase: la variablemiembro es un puntero a la zona de memoria donde está almacenado. Esta situación se puede vergráficamente en la figura 1, en la que se muestra un objeto a de la clase Alumno.


Figura 1. Objeto con reserva dinámica de memoria.

Supóngase ahora que con el constructor de copia suministrado por el compilador se crea unnuevo objeto b a partir de a. Las variables miembro de b van a ser una copia bit a bit de las delobjeto a. Esto quiere decir que la variable miembro b.nombre contiene la misma dirección dememoria que a.nombre. Esta situación se representa gráficamente en la figura 2: ambos objetosapuntan a la misma dirección de memoria.

Figura 2. Copia bit a bit del objeto de la figura 1.

La situación mostrada en la figura 2 puede tener consecuencias no deseadas. Por ejemplo, sise quiere cambiar el nombre del Alumno a, lo primero que se hace es liberar la memoria a la queapunta a.nombre, reservar memoria para el nuevo nombre haciendo que a.nombre apunte alcomienzo de dicha memoria, y almacenar allí el nuevo nombre de a. Como el objeto b no se hatocado, su variable miembro b.nombre se ha quedado apuntado a una posición de memoria que hasido liberada en el proceso de cambio de nombre de a. La consecuencia es que b ha perdidoinformación y los más probable es que el programa falle.

Se llega a una situación parecida cuando se destruye uno de los dos objetos a o b. Al destruiruno de los objetos se libera la memoria que comparten, con el consiguiente perjuicio para el objetoque queda, puesto que su puntero contiene la dirección de una zona de memoria liberada, disponiblepara almacenar otra información.

Figura 3. Copia correcta del objeto de la figura 1.

Finalmente, la figura 3 muestra la situación a la que se llega con un constructor de copiacorrectamente programado por el usuario. En este caso, el constructor no copia bit a bit la direccióncontenida en a.nombre, sino que reserva memoria, copia a esa memoria el contenido apuntado pora.nombre, y guarda en b.nombre la dirección de esa nueva memoria reservada. Ninguno de losproblemas anteriores sucede ahora.


3.9.7 LOS CONSTRUCTORES Y EL OPERADOR DE ASIGNACIÓN (=)

En un apartado anterior se ha visto una declaración de un objeto en la forma:C_Cuenta c2 = c1;

Esta sentencia es completamente diferente de una simple sentencia de asignación entre dosobjetos previamente creados, tal como la siguiente:

c2 = c1;

En este último caso no se llama a ningún constructor, porque se supone que c1 y c2 existíanpreviamente. En este segundo caso se utiliza el operador de asignación (=) estándar de C y C++,que permite realizar asignaciones entre objetos de estructuras o clases. Este operador realiza unaasignación bit a bit de los valores de las variables miembro de c1 en c2. En este sentido es similaral constructor de copia y, por las mismas razones que éste, da lugar también a errores o resultadosincorrectos.

La solución en este caso es redefinir o sobrecargar el operador de asignación (=) de modoque vaya más allá de la copia bit a bit y se comporte adecuadamente. En el apartado anterior se haexplicado a fondo el origen y la solución de este problema, común al constructor de copia y aloperador de asignación (=). Básicamente, el operador de asignación sobrecargado (=) debe dellegar a una situación como la que se muestra en la figura 3.

3.9.8 DESTRUCTORES

El complemento a los constructores de una clase es el destructor. Así como el constructor se llamaal declarar o crear un objeto, el destructor es llamado cuando el objeto va a dejar de existir porhaber llegado al final de su vida. En el caso de que un objeto (local o auto) haya sido definidodentro de un bloque {…}, el destructor es llamado cuando el programa llega al final de ese bloque.Si el objeto es global o static su duración es la misma que la del programa, y por tanto el destructores llamado al terminar la ejecución del programa. Los objetos creados con reserva dinámica dememoria (en general, los creados con el operador new) no están sometidos a las reglas de duraciónhabituales, y existen hasta que el programa termina o hasta que son explícitamente destruidos con eloperador delete. En este caso la responsabilidad es del programador, y no del compilador o delsistema operativo.

A diferencia del constructor, el destructor es siempre único (no puede estar sobrecargado) yno tiene argumentos en ningún caso. Tampoco tiene valor de retorno. Su nombre es el mismo queel de la clase precedido por el carácter tilde (~), carácter que se consigue con Alt+126 en el tecladodel PC. En el caso de que el programador no defina un destructor, el compilador de C++proporciona un destructor de oficio, que es casi siempre plenamente adecuado (excepto para liberarmemoria de vectores y matrices).

En el caso de que la clase C_Cuenta necesitase un destructor, la declaración sería así:~C_Cuenta();

y la definición de la clase, añadiendo en este caso como variable miembro una cadena de caracteresque contenga el nombre del titular, podría ser como sigue:


class C_Cuenta { // Variables miembro private: char *Nombre; // Nombre de la persona double Saldo; // Saldo Actual de la cuenta double Interes; // Interés aplicado public: //Constructor C_Cuenta(const char *unNombre, double unSaldo=0.0, double unInteres=0.0) { Nombre = new char[strlen(unNombre)+1]; strcpy(Nombre, unNombre); Saldo = unSaldo; Interes = unInteres; } // Destructor ~C_Cuenta() { delete [] Nombre; } // Libera la memoria apuntada por el puntero

// Métodos char *GetNombre() { return Nombre; } double GetSaldo() { return Saldo; } double GetInteres() { return Interes; } void SetSaldo(double unSaldo) { Saldo = unSaldo; } void SetInteres(double unInteres) { Interes = unInteres; } void Ingreso(double unaCantidad) { SetSaldo( GetSaldo() + unaCantidad ); }};

void main(void) { C_Cuenta C0("Igor"); // Tambien es valida con dos argumentos C_Cuenta C1("Juan", 10.0); // y con los tres argumentos C_Cuenta C2("Itxaso", 20.0, 1.0); ...}

3.10 Clases y funciones friend

Ya se ha visto anteriormente que declarar como privadas las variables miembro de una clase ofrecemuchas ventajas. De todos modos, en algunos casos, puede suceder que dos clases vayan a trabajarconjuntamente con los mismos datos, y utilizar las funciones públicas de acceso a esos datos no esla manera más eficiente de hacerlo; conviene recordar que llamar a una función tiene un coste y quees mucho más eficiente acceder directamente a una variable. Ésta no es la única limitación de lasfunciones miembro, ya que una función sólo puede ser miembro de una única clase. Además unafunción miembro convencional sólo puede actuar directamente sobre un único objeto de la clase (suargumento implícito, que es el objeto con el que ha sido llamada por medio del operador punto (.) oflecha (->), como por ejemplo en c1.Ingreso(10000)). Para que actúe sobre un segundo o un tercerobjeto -por ejemplo, para hacer transferencias- hay que pasárselos como argumentos.

Se puede concluir que a pesar de las grandes ventajas que tiene el encapsulación, en muchasocasiones es necesario dotar a la programación orientada a objetos de una mayor flexibilidad. Estose consigue por medio de las funciones friend. Una función friend de una clase es una función queno pertenece a la clase, pero que tiene permiso para acceder a sus variables y funciones miembroprivadas por medio de los operadores punto (.) y flecha (->), sin tener que recurrir a las funciones


miembro públicas de la clase. Si una clase se declara friend de otra, todas sus funciones miembroson friend de esta segunda clase. El carácter de friend puede restringirse a funciones concretas, quepueden ser miembro de alguna clase o pueden ser funciones generales que no pertenecen a ningunaclase..

Para declarar una función o una clase como friend de otra clase, es necesario hacerlo en ladeclaración de la clase que debe autorizar el acceso a sus datos privados. Esto se puede hacer deforma indiferente en la zona de los datos o en la de los datos privados. Un ejemplo de declaraciónde una clase friend podría ser el que sigue:

class Cualquiera{ friend class Amiga; private: int secreto;};

Es muy importante tener en cuenta que esta relación funciona sólo en una dirección, es decir,las funciones miembro de la clase Amiga pueden acceder a las variables privadas de la claseCualquiera, por ejemplo a la variable entera secreto, pero esto no es cierto en sentido inverso: lasfunciones miembro de la clase Cualquiera no puede acceder a un dato privado de la clase Amiga.

Si se quiere que varias clases tengan acceso mutuo a todas las variables y funciones miembroprivadas, cada una debe declararse como friend en todas las demás, para conseguir una relaciónrecíproca.

Otro aspecto que hay que mencionar es que al definir una clase como friend no se estáhaciendo friend a todas las clases que se deriven de ella (esto se entenderá al llegar al capítulo dela herencia).

Hay que tener en cuenta que para que una función que no es miembro de una clase puedarecibir como argumentos explícitos objetos de esa clase, debe ser declarada friend de esa clase. Unejemplo de una función friend es el que sigue:

class Cualquiera{ friend void fAmiga(Cualquiera); private: int secreto;};

void fAmiga(Cualquiera Una){ Una.secreto++; // Modifica el valor de la variable privada}

Recuérdese que una función puede ser declarada friend de cuantas clases se quiera, pero sólopuede ser miembro de una única clase. En algunos casos interesará que no sea miembro de ningunay que sea friend de una o más clases.

Se plantea un problema cuando dos clases deben ser declaradas mutuamente friend la una dela otra. Considérense por ejemplo las clases vector y matriz. Las declaraciones podrían ser como semuestra a continuación:

// declaración de las clases vector y matriz (mutuamente friend)class matriz; // declaración anticipada de la clase matriz

class vector {// declaración de funciones miembro de la clase vector ... friend matriz;};


class matriz {// declaración de funciones miembro de la clase matriz ... friend vector;};

A primera vista sorprende la segunda línea de lo que sería el fichero de declaración de ambasclases. En esta línea aparece la sentencia class matriz;. Esto es lo que se llama una declaraciónanticipada, que es necesaria por el motivo que se explica a continuación. Sin declaración anticipadacuando la clase matriz aparece declarada como friend en la clase vector, el compilador aún no tienenoticia de dicha clase, cuya declaración viene después. Al no saber lo que es matriz, da un error. Sila clase matriz se declara antes que la clase vector, el problema se repite, pues vector se declaracomo friend en matriz. La única solución es esa declaración anticipada que advierte al compiladorque matriz es una clase cuya declaración está más adelante.

3.11 El puntero this

El puntero this es una variable predefinida para todas las funciones u operadores miembro de unaclase. Este puntero contiene la dirección del objeto concreto de la clase al que se está aplicando lafunción o el operador miembro. Se puede decir que *this es un alias del objeto correspondiente.Conviene tener en cuenta que cuando una función miembro se aplica a un objeto de su clase (suargumento implícito), accede directamente a las variables miembro (sin utilizar el operador punto oflecha), pero no tiene forma de referirse al objeto como tal, pues no le ha sido pasadoexplícitamente como argumento. Este problema se resuelve con el puntero this. Considérese elsiguiente ejemplo:

Class C_Cuenta { //... public: // ... inline double GetInteres() { // Igual a : return Interes; return this->Interes; } // ....};

En el caso de operadores miembro sobrecargados, el puntero this es la forma que se utilizapara referirse al objeto al que se está aplicando el operador como primer operando.

Hay que señalar que las funciones friend que no son miembros de ninguna clase no disponende puntero this.

3.12 Sobrecarga de operadores

Los operadores de C++, al igual que las funciones, pueden ser sobrecargados (overloaded). Este esuno de los aspectos más característicos de este lenguaje. La sobrecarga de operadores quiere decirque se pueden redefinir algunos de los operadores existentes en C++ para que actúen de unadeterminada manera, definida por el programador, con los objetos de una clase determinada. Estopuede ser muy útil por ejemplo, para definir operaciones matemáticas con elementos tales comovectores y matrices. Así, sobrecargando adecuadamente los operadores suma (+) y asignación (=),se puede llegar a sumar dos matrices con una sentencia tan simple como:


C = A + B;

Otra capacidad muy utilizada es la de sobrecargar los operadores de inserción y extracciónen los flujos de entrada y salida (>> y <<), de manera que puedan imprimir o leer estructuras oclases complejas con una sentencia estándar.

Los únicos operadores de C que no se pueden sobrecargar son el operador punto (.), el ifaritmético (?:) y el operador sizeof. C++ añade otros 2 a esta lista: el scope resolution operator (::) ypuntero a miembro de un objeto (.*).

El objetivo último de la sobrecarga de operadores es simplificar al máximo el código aescribir, a cambio de complicar algo la definición de las clases. Una clase que disponga deoperadores sobrecargados es una clase más compleja de definir, pero más sencilla e intuitiva deutilizar.

Las ventajas de la sobrecarga de operadores terminan cuando se utiliza de modo que añadecomplejidad o confusión a los programas. Por ejemplo, aunque esté permitido por el lenguaje, no sedeberá nunca utilizar el operador (-) para multiplicar matrices o el (+) para imprimir vectores.

La sobrecarga de operadores tiene dos limitaciones teóricas y una práctica:

• Se puede modificar la definición de un operador pero no su gramática, es decir, el númerode operandos sobre los que actúa, la precedencia y la asociatividad.

• Es necesario que al menos un operando sea un objeto de la clase en la que se ha definido eloperador sobrecargado.

• Como se verá más adelante al presentar el ejemplo cadena, la sobrecarga de operadorespuede resultar bastante ineficaz, desde el punto de vista de utilización de los recursos delordenador.

Un operador puede estar sobrecargado o redefinido varias veces, de tal manera que actúe deun modo distinto dependiendo del tipo de objetos que tenga como operandos. Es precisamente eltipo de los operandos lo que determina qué operador se utiliza en cada caso.

Un operador sobrecargado puede ser miembro o friend de la clase para la que se define(nunca las dos cosas a la vez). El que se defina de una forma u otra es en ocasiones cuestión deconveniencia o incluso de preferencia personal, mientras que en otros casos la decisión estáimpuesta. Habitualmente:

• Se suelen declarar miembros de la clase los operadores unarios (es decir, aquellos queactúan sobre un único objeto), o los que modifican el primer operando, como sucede conlos operadores de asignación.

• Por el contrario, los operadores que actúan sobre varios objetos sin modificarlos (porejemplo los operadores aritméticos y lógicos) se suelen declarar como friends.

Para los operadores sobrecargados miembro de una clase, el primer operando debe de sersiempre un objeto de esa clase, en concreto el objeto que constituye el argumento implícito. En ladeclaración y en la definición sólo hará falta incluir en la lista de argumentos el segundo operando.En los operadores friend el número de argumentos deberá ser el estándar del operador (unario obinario).

3.12.1 CLASE CADENA PARA MANEJO DE CADENAS DE CARACTERES.

Para explicar la sobrecarga de operadores y los diversos conceptos que implica se va a utilizar unejemplo diferente a la cuenta corriente que se ha estado considerando hasta ahora. Se va a crear unaclase llamada cadena que permita trabajar con cadenas de caracteres de un modo más directo e


intuitivo de lo que permite C. Por ejemplo, en C no se puede copiar una cadena de caracteres en otracon el operador de asignación (=), sino que es necesario utilizar la función strcpy(); tampoco sepueden concatenar cadenas con el operador suma (+), ni se pueden comparar con los operadoresrelacionales (==) y (!=), sino que hay que utilizar las funciones strcat() y strcmp(),respectivamente.

Las variables miembro de la clase cadena van a ser el número de caracteres nchar (sin incluirel '\0' final) y un puntero a char llamado pstr que contendrá la dirección del primer carácter de lacadena. La declaración de la clase cadena, con todas sus funciones y operadores miembro, y conotros operadores que sólo son friend, está contenida en un fichero llamado cadena.h, y es comosigue:

// fichero cadena.h#include <iostream.h>#ifndef __CADENA_H#define __CADENA_H

class cadena {private: char* pstr; int nchar; // nº de caracteres (sin el '\0')public: cadena(); // constructor por defecto cadena(char*); // constructor general cadena(const cadena&); // constructor de copia ~cadena(); // destructor void setcad(char*); // dar valor a la variable privada pstr

// sobrecarga de operadores cadena& operator= (const cadena&); friend cadena operator+ (const cadena&, const cadena&); friend cadena operator+ (const cadena&, const char* ); friend cadena operator+ (const char*, const cadena&); friend int operator== (const cadena&, const cadena&); friend int operator!= (const cadena&, const cadena&); friend ostream& operator<< (ostream&, const cadena&);

/* Otros operadores que se podrían sobrecargar: friend int operator== (const cadena&, const char*); friend int operator== (const char*, const cadena&); friend int operator!= (const cadena&, const char*); friend int operator!= (const char*, const cadena&);*/

};#endif // __CADENA_H

Obsérvese que los operadores sobrecargados se declaran de forma muy similar a la de lasfunciones, sustituyendo el nombre de la función por la palabra operator y el operadorcorrespondiente.

En la declaración de la clase cadena se pueden observar algunos hechos interesantes, que secomentan a continuación. Recuérdese que la declaración de una clase es de ordinario lo único queconocen los programadores-usuarios de la clase: al código, esto es, a la definición de las funcionesy operadores sólo acceden los que programan la clase. Lo importante es resaltar que la declaraciónde la clase contiene toda la información necesaria para utilizarla y sacarle partido. Los aspectos adestacar son los siguientes:

1. En la definición de la clase no se ha reservado memoria para la cadena de caracteres, sólo parael puntero pstr. La razón es que no se sabe a priori cuántos caracteres va a tener cada objeto dela clase cadena y se piensa por ello utilizar reserva dinámica de memoria: cuando se sepa el


texto que se quiere guardar en un objeto determinado, se reservará la memoria necesaria paraello.

2. Se han definido tres constructores y un destructor. El primer constructor es un constructor pordefecto que no requiere ningún argumento, pues inicializa el objeto a una cadena vacía de cerocaracteres. Al segundo constructor se le pasa como argumento un puntero a una cadena decaracteres cualquiera y crea un objeto que apunta a esa cadena. El tercer constructor es unconstructor de copia que recibe como argumento una referencia constante a un objeto de laclase cadena. El argumento -un objeto de la clase cadena- se pasa por referencia por motivosde eficiencia (para no tener que sacar una copia); por otra parte se pasa como const por motivosde seguridad (para evitar que sea modificado por el constructor). En lo sucesivo ya no sevolverá a justificar el paso por referencia y como const de los argumentos que no deban sermodificados. En este caso, los constructores de oficio no sirven, pues ya se han definido otrosconstructores y además una variable miembro es un puntero y se va a utilizar reservadinámica de memoria.

3. Se ha definido un destructor porque las cadenas de caracteres son arrays y se va a utilizarreserva dinámica de memoria, memoria que habrá que liberar expresamente.

4. La función miembro setcad() permite proporcionar o cambiar el valor de la cadena de caracteresque contiene un objeto. Es una función miembro típica y sólo se ha introducido aquí a modo deejemplo. Se le pasa como argumento un puntero a char que contiene la dirección del primercarácter del texto a introducir. No necesita devolver ningún valor.

5. Se han definido siete operadores sobrecargados -uno como miembro y seis como friends-, yhay cuatro operadores relacionales más incluidos entre comentarios que se podrían terminar dedefinir de modo similar.

6. El primer operador sobrecargado es el operador de asignación (=). Como es un operadorbinario que modifica el primer operando debe necesariamente ser definido como miembro.Este operador asigna un objeto cadena a otro. El miembro izquierdo de la igualdad es el primeroperando y en este caso es el argumento implícito del operador. En la lista de argumentosformales que figura entre paréntesis sólo hay que incluir el segundo operando, que es un objetocadena que se pasa por referencia y como const, pues no debe ser modificado. El valor deretorno de este operador requiere un comentario especial.

7. Estrictamente hablando, en este caso el operador de asignación (=) no necesita ningún valorde retorno: su misión en una sentencia tal como c1 = c2; queda suficientemente cumplida sihace que las variables miembro de c1 sean iguales a las de c2 (siendo c1 y c2 dos objetos de lacase cadena). Sin embargo el operador (=) estándar de C tiene un valor de retorno que es unareferencia al resultado de la asignación. Esto es lo que permite escribir sentencias como lasiguiente: a = b = c; que es equivalente a hacer b igual a c, y devolver un valor que puede serasignado a a. Al final las tres variables tienen el mismo valor. Para que el operadorsobrecargado se parezca todo lo posible al de C y para poder escribir sentencias de asignaciónmúltiples con objetos de la clase cadena (c1 = c2 = c3;), es necesario que el operador deasignación sobrecargado (=) tenga valor de retorno. El valor de retorno es una referencia alprimer operando por motivos de eficiencia, pues si no hay que crear un objeto nuevo, diferentede los dos operandos, para devolverlo como valor de retorno.

8. A continuación aparecen tres operadores suma (+) sobrecargados para realizar concatenaciónde cadenas. Puede observarse que no son operadores miembro sino friend. Así pues, no hayargumento implícito, y los dos argumentos aparecen entre paréntesis. Los tres operadores (+)tienen un objeto de la clase cadena como valor de retorno. El primero de ellos concatena dosobjetos de la clase cadena, y devuelve un nuevo objeto cadena cuyo texto es la concatenación


de las cadenas de caracteres de los objetos operandos. Este resultado es diferente del de lafunción strcat(), que añade el texto del segundo argumento sobre el primer argumento(modificándolo por tanto). En este caso se ha preferido obtener un nuevo objeto y no modificarlos operandos. Los otros dos operadores (+) sobrecargados concatenan el texto de un objetocadena y una cadena de caracteres estándar, y una cadena de caracteres estándar y el texto deun objeto cadena, respectivamente. Recuérdese que el orden y el tipo de los argumentos decidenqué definición del operador sobrecargado se va a utilizar. Si se quiere poder escribir tanto c1+"anexo" como "prefacio "+c2 es necesario programar dos operadores distintos, además del queconcatena dos objetos c1+c2.

9. ¿Por qué los operadores (+) anteriores se han definido como friend y no como miembros? Laverdad es que ésta es una cuestión interesante y no fácil de ver a primera vista. En realidad, laprimera y la segunda de las definiciones podrían haberse hecho con operadores miembro. Sinembargo, la tercera no puede hacerse más que como friend. ¿Por qué? Pues porque losoperadores miembro siempre tienen un primer operando que es miembro de la clase y que vacomo argumento implícito. La tercera definición del operador (+) no cumple con estacondición, pues su primer operando (para concatenar por ejemplo "prefacio "+c2) es unasimple cadena de caracteres. Este hecho es muy frecuente cuando se sobrecargan los operadoresaritméticos: puede por ejemplo sobrecargarse el operador producto (*) para pre y post-multiplicar matrices por un escalar. Al menos en el caso de la pre-multiplicación por el escalares necesario que el operador (*) no sea miembro de la clase matriz.

10. A continuación figura la declaración de los operadores relacionales (==) y (!=), que permitensaber si dos objetos contienen o no el mismo texto. En este caso el valor de retorno del test deigualdad (==) es un int que representará true (1) o false (0). Para el operador de desigualdad(!=) la situación es un poco más compleja, pues se desea que sirva para ordenar cadenasalfabéticamente, de modo similar a la función strcmp(). Por ello el valor de retorno de c1!=c2 esun (-1) si c1 es diferente y anterior alfabéticamente a c2, un cero (0 ó false) si las cadenas sonidénticas, y un (1) si son diferentes y c1 es posterior a c2 en orden alfabético.

11. Los operadores relacionales cuyas declaraciones están contenidas entre comentarios /*…*/ noson necesarios. No hay inconvenientes en comparar objetos de la clase cadena y cadenas decaracteres estándar, aunque no se disponga de los operadores relacionales cuyos argumentos seajusten a los tipos exactos. La razón está en la inteligencia contenida en los compiladores deC++: cuando el compilador encuentra un operador (==) o (!=) que relaciona una cadenaestándar y un objeto de la clase cadena, intenta ver si dispone de alguna forma segura depromover o convertir la cadena estándar a un objeto de la clase cadena. Como tiene unconstructor general que inicializa un objeto cadena a partir de una cadena estándar, utilizadicho constructor para convertir la cadena estándar en un objeto cadena y luego poder utilizar ladefinición del operador relacional que compara dos objetos de la clase cadena. Esto lo haceindependientemente de qué operando es el objeto y cuál es la cadena estándar. Esto es similar alo que hace el compilador de C cuando se le pide que compare un int con un double: antes dehacer la comparación promueve (convierte) el int a double, y luego realiza la comparación entredos variables double.

12. La pregunta obligada es, ¿y no pasa lo mismo con el operador (+)? ¿No bastaría con definir unúnico operador (+) que concatenase objetos de la clase cadena y confiar a la inteligencia delcompilador el promover a objetos las cadenas de caracteres estándar que se quisieranconcatenar, ya fueran el primer o el segundo operando? La respuesta es que sí: en este caso nohace falta sobrecargar el operador (+) con tres definiciones. Se ha hecho porque el problemase resuelve de modo más eficiente (no hay que perder tiempo en promover variables creandoobjetos) y porque en otras aplicaciones más complicadas que las cadenas de caracteres lo de la


promoción de una variable estándar a un objeto de una clase puede que no esté nada claro. Porejemplo, en la clase matriz, ¿cómo se promueve un escalar a matriz? Si es para la operaciónsuma se podría hacer con una matriz cuyos elementos fueran todos igual al escalar, pero si espara la operación producto sería más razonable promover el escalar a una matriz diagonal. Endefinitiva, C++ ofrece posibilidades muy interesantes, pero no conviene abusar de ellas.

13. Finalmente, en la declaración de la clase cadena se muestra la sobrecarga del operador deinserción en el flujo de salida (<<), que tiene como finalidad el poder utilizar cout con objetosde la clase. Este operador, al igual que el (>>), se suele sobrecargar como operador friend.Recibe dos argumentos: Una referencia al flujo de salida (ostream, de output stream) y unareferencia constante al objeto cadena que se desea insertar en dicho flujo. El valor de retorno esuna referencia al flujo de salida ostream en el que ya se habrá introducido el objeto cadena.

3.12.2 DEFINICIÓN DE FUNCIONES Y OPERADORES DE LA CLASE CADENA

Una vez vistas y explicadas la declaración de la clase cadena y de sus funciones y operadoresmiembro y friend, contenidas en el fichero cadena.h, se va a presentar la definición de todas estasfunciones y operadores, que están contenidas en otro fichero llamado cadena.cpp. Obsérvese que sehan introducido algunas sentencias de escritura de mensajes, con objeto de determinar con claridadcuándo y en qué circunstancias se ejecuta cada función.

Los usuarios de la clase cadena no tendrían por qué tener acceso a este fichero fuente, aunquesí al fichero objeto correspondiente. A continuación se muestra el contenido del fichero cadena.cppintercalando algunos comentarios explicativos.

// cadena.cpp

#include <string.h>#include "cadena.h"

// constructor por defectocadena::cadena(){ pstr = new char[1]; strcpy(pstr, ""); nchar = 0; cout << "Constructor por defecto " << (long)this << endl;}

Dos observaciones acerca del constructor por defecto (sin argumentos). La primera es que lavariable miembro psrt, que es un puntero a char, se inicializa apuntando a una cadena vacía (sólotiene el '\0' de fin de cadena). Se utiliza reserva dinámica de memoria con el operador new. Lavariable miembro nchar, que representa el número de caracteres, no incluye el carácter de final decadena. Se ha incluido una sentencia de escritura que imprimirá un mensaje avisando de que se hautilizado este constructor. Imprime también la dirección en memoria del objeto creado, con idea desaber cuándo se crea y se destruye cada objeto concreto del programa. Para ello se utiliza el punterothis y un cast a long.

// constructor generalcadena::cadena(char* c){ nchar = strlen(c); pstr = new char[nchar + 1]; strcpy(pstr, c); cout << "Constructor general " << (long)this << endl;}

El constructor general admite como argumento la dirección del carácter inicial de una cadenade caracteres, a partir de la cual se inicializará el nuevo objeto. Se utiliza también reserva dinámica


de memoria. Se utilizan las funciones strlen() y strcpy() para determinar el número de caracteres ypara copiar el argumento en la dirección a la que apunta la variable miembro pstr. Se imprime unmensaje que permite saber qué constructor se ha llamado y qué objeto ha sido creado.

// constructor de copiacadena::cadena(const cadena& cd){ nchar = cd.nchar; pstr = new char[nchar +1]; strcpy(pstr, cd.pstr); cout << "Constructor de copia " << (long)this << endl;}

Puede verse que el constructor de copia es muy similar al constructor general, con la únicadiferencia de que recibe como argumento una referencia a un objeto cadena, a partir del cualinicializa el nuevo objeto con reserva dinámica de memoria. Obsérvese que se tiene acceso a lasvariables miembro del objeto cadena pasado como argumento, pero que hay que utilizar el operadorpunto (.). A las variables miembro del objeto pasado como argumento implícito se tiene accesodirecto.

// destructorcadena::~cadena(){ delete [] pstr; cout << "Destructor " << (long)this << endl;}

En este caso no sirve el destructor de oficio, porque se está utilizando reserva dinámica dememoria. El destructor debe liberar la memoria ocupada por las cadenas de caracteres, para lo quehay que utilizar la sentencia delete [] pstr;. Además se imprime un mensaje incluyendo la direccióndel objeto borrado. De este modo se puede saber cuándo se crea y se destruye cada objeto, lo cualserá de gran utilidad en los ejemplos que se presentarán más adelante.

// función miembro setcad()void cadena::setcad(char* c){ nchar = strlen(c); delete [] pstr; pstr = new char[nchar + 1]; strcpy(pstr, c); cout << "Función setcad()" << endl;}

La función miembro setcad() permite sustituir el contenido de un objeto cadena a partir deuna cadena de caracteres estándar. Esta función se diferencia del constructor general vistopreviamente en que actúa sobre un objeto que ya existe. Esto hace que la primera tarea a realizar sealiberar la memoria a la que la variable pstr apuntaba anteriormente. Después se reserva memoriapara el nuevo contenido al que pstr apuntará. Los constructores siempre actúan sobre un objetorecién creado, y por eso no tienen que liberar memoria.

// operador de asignación sobrecargado (=)cadena& cadena::operator= (const cadena& cd){ if(*this != cd) { nchar = cd.nchar; delete [] pstr; pstr = new char[nchar + 1]; strcpy(pstr, cd.pstr); cout << "Operador =" << endl; } return *this;}


Este operador miembro permite asignar un objeto cadena a otro, por ejemplo en la formac2=c1;, donde se supone que ambos objetos existían previamente. El objeto c2 sería el argumentoimplícito y c1 el que se pasa explícitamente por ventana. Por eso a las variables miembro de c2 seaccede directamente, mientras que a las de c1 -representado por cd- hay que acceder con eloperador punto (.). Como c1 ya existía, hay que liberar la memoria que estaba ocupando. Esteoperador se define con un valor de retorno que es una referencia a un objeto cadena para poderloutilizar en asignaciones múltiples (c3=c2=c1;). Como valor de retorno se devuelve el propiomiembro izquierdo de la asignación, que es el argumento implícito del operador miembro; parahacer referencia a dicho objeto hay que utilizar el puntero this (*this es el objeto, mientras que thises su dirección).

En la definición del operador miembro (=) llama la atención la sentencia if que aparece alcomienzo de la función. ¿Cuál es su razón de ser? Su razón de ser es evitar los efectos perjudicialesque puede tener una sentencia de asignación de un objeto a sí mismo (c1=c1;). Esta sentencia no esverdaderamente muy útil, pero no hay razón para no prever las cosas de modo que sea inofensiva; yla verdad es que si no se introduce ese if esta sentencia es todo menos inofensiva. Al asignarse unobjeto a otro, lo primero que se hace es liberar la memoria ocupada por el primer operando (el queestá a la izquierda), para después sacar una copia de la memoria a la que apunta el segundooperando y asignar su dirección a la variable miembro del primero. El problema es que si ambosobjetos coinciden (son el mismo objeto), al liberar la memoria del primer operando, el segundo (quees el mismo) la pierde también y ya no hay nada para copiar ni para asignar, llegándose en realidada la destrucción del objeto. El remedio es chequear, a la entrada de la definición del operador (=),que los dos operandos son realmente objetos distintos. Una vez más, es necesario utilizar el punterothis.

// operador de inserción en ostreamostream& operator<< (ostream& co, const cadena& cad) { co << cad.pstr; return co;}

La definición del operador inserción (<<) sobrecargado es muy sencilla, pues lo único que sehace es insertar en el flujo de salida la cadena de caracteres estándar a la que apunta la variablemiembro pstr.

// Definiciones del operador de concatenación de cadenascadena operator+ (const cadena& a, const cadena& b){ cadena c; c.nchar = a.nchar + b.nchar; c.pstr = new char[c.nchar + 1]; strcpy(c.pstr, a.pstr); strcat(c.pstr, b.pstr); return c;}

cadena operator+ (const cadena& a, const char* ch){ cadena c; c.nchar = a.nchar + strlen(ch); c.pstr = new char[c.nchar + 1]; strcpy(c.pstr, a.pstr); strcat(c.pstr, ch);

return c;}


cadena operator+ (const char* ch, const cadena& b){ cadena c; c.nchar = strlen(ch) + b.nchar; c.pstr = new char[c.nchar + 1]; strcpy(c.pstr, ch); strcat(c.pstr, b.pstr); return c;}

Las tres definiciones anteriores del operador de concatenación (+) son casi evidentes. Entodos los casos se crea un nuevo objeto cadena en el que se concatenan las cadenas de los dosoperandos. Se podría haber realizado la programación de modo que el segundo operando seañadiera al primero (de modo semejante a como actúa la función strcat()). Se ha preferido hacerloasí para dejar intactos los operandos, y porque la otra forma de actuar sería más propia del operadorde asignación incremental (+=).

// sobrecarga de los operadores relacionalesint operator== (const cadena& c1, const cadena& c2){ if(strcmp(c1.pstr, c2.pstr)==0) return 1; return 0;}

int operator!= (const cadena& c1, const cadena& c2){ int dif = strcmp(c1.pstr, c2.pstr); if(dif<0) return (-1); if(dif==0) return 0; else return 1;}// fin del fichero cadena.cpp

La sobrecarga de los operadores relacionales está muy clara y no requiere explicacionesdistintas de las que se han dado al hablar de su declaración.

3.12.3 EJEMPLO DE UTILIZACIÓN DE LA CLASE CADENA

Una vez vistas todas las definiciones contenidas en el fichero cadena.cpp, queda por ver unprograma principal que de alguna manera utilice las capacidades que se han explicado: Unprograma principal posible, contenido en un fichero llamado pruebacad.cpp, se muestra acontinuación:


// fichero pruebacad.cpp

#include "cadena.h"

void main(void){ // creación de un objeto con constructor por defecto cadena c1; // creación de un objeto con constructor general cadena c2("Ingenieros"); // operaciones de concatenación c2 = (c2 + " ") + "Industriales "; // creación de un objeto con constructor de copia cadena c3 = c2; // también: cadena c3(c2);

// primero se convierte a objeto y luego se asigna c1 = "Escuela Superior de ";

// c3 se hace primero igual a c2 y luego a c1 (c3 = c2) = c1; if(c3 == c1) { cout << "c3 y c1 son iguales" << endl; // un contructor es un conversor de tipo c3 = cadena("de San Sebastian"); } // salida de reultados cout << "\nc1 vale: " << c1 << "\nc2 vale: " << c2 << "\nc3 vale: " << c3 << "\nAgur" << endl; cout << c1+c2+c3 << endl;} // se detruyen c1, c2 y c3

Es muy interesante ver cuál es la salida que produce el anterior programa principal, que semuestra un poco más adelante. Dicha salida consta de los mensajes del propio programa principal yde los que producen los constructores, el destructor y el operador (=) cada vez que son llamados(la mayoría de los mensajes proviene de ellos). Se puede observar que hay más llamadas a losconstructores y al destructor de las que cabría pensar. Para identificar estas llamadas se ha incluidoen negrita el código del programa principal, que aparece justo antes de que se llame, es decir, justoantes de que se muestren los mensajes que esa sentencia genera. Se puede concluir que la facilidadque C++ da a los programadores tiene un precio en términos de eficiencia en los cálculos. Estaeficiencia puede mejorarse utilizando siempre que sea posible referencias a objetos, evitando asíllamadas a los constructores y al destructor.

Nótese que cada llamada al operador (+) implica la creación de un objeto con el constructorpor defecto para crear el objeto resultante de la concatenación, y luego una llamada al constructorde copia y dos llamadas al destructor para devolver el objeto resultante como valor de retorno. Enefecto, para devolver un objeto como valor de retorno, C++ crea un objeto invisible con elconstructor de copia, destruye el objeto creado anteriormente con el constructor por defecto yluego destruye el objeto invisible creado con el constructor de copia. El resultado del programaprincipal anterior es el siguiente:

cadena c1;Constructor por defecto 1245036cadena c2("Ingenieros");Constructor general 1245028c2 = (c2 + " ") + "Industriales ";Constructor por defecto 1244916Constructor de copia 1245012Destructor 1244916Constructor por defecto 1244920Constructor de copia 1245004Destructor 1244920


Operador =Destructor 1245004Destructor 1245012cadena c3 = c2;Constructor de copia 1245020c1 = "Escuela Superior de ";Constructor general 1244996Operador =Destructor 1244996(c3 = c2) = c1;Operador =if(c3 == c1) {cout << "c3 y c1 son iguales" << endl;c3 y c1 son igualesc3 = cadena("de San Sebastian");Constructor general 1244988Operador =Destructor 1244988cout << "c1 vale: " ...c1 vale: Escuela Superior dec2 vale: Ingenieros Industrialesc3 vale: de San SebastianAgurcout << c1+c2+c3 << endl;Constructor por defecto 1244912Constructor de copia 1244980Destructor 1244912Constructor por defecto 1244916Constructor de copia 1244972Destructor 1244916Escuela Superior de Ingenieros Industriales de San SebastianDestructor 1244972Destructor 1244980Destructor 1245020Destructor 1245028Destructor 1245036

3.12.4 SOBRECARGA DE LOS OPERADORES (++) Y (--)

Los operadores de incremento (++) y decremento (--) son un caso especial en C++. Ambos sonoperadores unarios que siempre se definen como miembros de una clase. En realidad estosoperadores tienen dos significados, según se antepongan o se postpongan al nombre de la variableo del objeto al que se aplican. Esto crea una dificultad de definición, porque ¿a cuál de los dossignificados se refiere la siguiente declaración?:

cadena& operator++ ();

En sí no hay nada en esta declaración que indique a cuál de los dos significados de esteoperador se refiere el programador. Por eso C++ utiliza un convenio especial: la declaraciónanterior se refiere al operador (++) antepuesto, mientras que la siguiente declaración:

cadena& operator++ (int j);

se refiere al operador (++) postpuesto. La variable j tiene valor 0 y no se utiliza más que comocriterio de distinción. Lo mismo sucede con el operador (--).


3.13 Objetos miembro de otros objetos.

Una clase, a semejanza de una estructura, puede contener variables miembro que sean objetos deotra clase definida por el usuario. Ésta es una relación de pertenencia que no tiene nada que ver conla herencia, que se explicará en el capítulo siguiente. El constructor de la clase que contieneobjetos de otras clases debe llamar a los constructores de los objetos contenidos, si no se quiere quese utilicen los constructores por defecto. Esta llamada es muy similar a la de los constructores delas clases derivadas, como se verá más adelante. Considérese el siguiente ejemplo:

Clase_Continente::Clase_Continente (Lista de argumentos) : Clase_Contenida1 (Lista de argumentos), Clase_Contenida2 (Lista de argumentos), otros inicializadores { Asignación de otras variables; }

Los constructores de las clases contenidas se llaman de la misma forma que losinicializadores de las variables miembro ordinarias: después del carácter dos puntos (:) que aparecetras los argumentos, separados por comas, y antes del bloque del constructor. Puede considerarseque los constructores no son más que inicializadores especializados.

A continuación se va a presentar un ejemplo. La clase persona tiene tres variables miembroprivadas: el nombre, el número de DNI y la fecha de nacimiento. A su vez la fecha de nacimientoes un objeto de la clase Date, que tiene tres variables miembro: el día, mes y año de nacimiento.Como la fecha de nacimiento no se puede cambiar, el correspondiente objeto en la clase persona seha declarado como const.

La clase Date dispone de funciones miembro públicas para obtener el día, mes y año decualquier objeto de dicha clase, así como de funciones para cambiar esas variables miembro (que nose pueden utilizar con un objeto const). La declaración de la clase Date con funciones inline escomo sigue:

// fichero date.h

// definición de la clase Dateclass Date {private: int day; int month; int year;public: // constructor con valores por defecto Date(int dia=1, int mes=1, int anio=1900) : day(dia), month(mes), year(anio) {} int getDay() const { return day; } int getMonth() const { return month; } int getYear() const { return year; } // función para calcular los años completos entre dos fechas friend int ElapsedYears(const Date&, const Date&); // Si el objeto no es const, añadir estas funciones miembro: void setDay(int dia) { day=dia; } void setMonth(int mes) { month=mes; } void setYear(int anio) { year=anio; }};

Las funciones getDay(), getMont() y getYear() han sido declaradas como const. Esto quieredecir que son funciones que no modifican las variables miembro, es decir funciones de sólolectura. La palabra const debe figurar tanto en la declaración como en la definición, después decerrar el paréntesis de los argumentos y antes del cuerpo de la función.


A continuación se incluye la declaración de la clase persona, que incluye también tresfunciones miembro inline para acceder a las variables miembro privadas. Obsérvese que la fecha denacimiento se ha definido como const (resaltado con negrita en el listado de la definición),

// fichero persona.h

#include <iostream.h>#include "date.h"

class persona {private : char nombre[25]; long DNI; const Date fechaNac;public: // constructor persona(char*, long, Date); char* getNombre(void) { return nombre; } long getDNI(void) { return DNI; } Date getFechaNac(void) { return fechaNac; }};

El fichero persona.cpp que se muestra a continuación contiene la definición del constructorde la clase persona. Dicho constructor tiene valores por defecto para los tres argumentos. Se puedeobservar que tanto el DNI como la fecha de nacimiento toman valor por medio de inicializadores yno de sentencias de asignación. En el caso del DNI esto es opcional, pero en la fecha de nacimientoes obligatorio ya que es un objeto const que no puede figurar a la izquierda en una sentencia deasignación. Nótese también que el tercer argumento se puede inicializar a partir de tres valores yaque existe un constructor Date que puede tomar estos parámetros. Es importante notar la forma enla que C++ hace definir el tercer argumento y del segundo inicializador,

// Fichero persona.cpp

#include "persona.h"#include <string.h>

// definición del constructor con valores por defectopersona::persona(char* name = "", long dni = 0, Date birth=(1,1,1970) ) // inicializadores : DNI(dni), fechaNac(birth){ strcpy(nombre, name);}

Finalmente se incluye el fichero lista2.cpp, que contiene un programa principal que hace usode las clases Date y persona. Se definen dos personas, una definiendo directamente un objeto y laotra mediante un puntero y reserva dinámica de memoria. Obsérvese cómo se pasa al constructorde persona la fecha de nacimiento. En el mismo fichero que el programa principal está la funciónElapsedYears() que calcula los años completos transcurridos entre dos objetos Date que se le pasancomo argumentos. Como esta función se ha declarado como función friend, su definición se haincluido en el mismo fichero que el programa principal.


// fichero lista2.cpp

#include <iostream.h>#include "persona.h"int ElapsedYears(const Date& hoy, const Date& birth);

void main(void){

// ver cómo se inicializa un objeto Date que es const persona* m = new persona("Maria", 26429764, Date(1, 2, 1980) ); persona i("Ignacio", 25190578, Date(13, 4, 1992) );

Date hoy(13,4,1998); cout << m->getNombre() << " tiene " << ElapsedYears(hoy, m->getFechaNac()) << " agnos" << endl; cout << i.getNombre() << " tiene " << ElapsedYears(hoy, i.getFechaNac()) << " agnos" << endl;

cout << "Ya he terminado." << endl;}

// Función para calcular los años completos entre dos fechasint ElapsedYears(const Date& hoy, const Date& birth){ int years = hoy.year - birth.year; if ((birth.month <= hoy.month) && (birth.day <= hoy.day)) return years; else return (years-1);}

3.14 Variables miembro static

Cada objeto de una clase tiene su propia copia de cada una de las variables miembro de esa clase.Sin embargo, a veces puede interesar que una variable miembro sea común para todos los objetosde la clase, de modo que todos compartan el mismo valor. Por ejemplo, puede resultar útil que elinterés ofrecido por un banco sea igual para todas las cuentas bancarias de un mismo tipo. En talcaso se puede utilizar una variable miembro static como en el ejemplo siguiente:

class C_Cuenta { // Variables miembro private: char *Nombre; // Nombre de la persona double Saldo; // Saldo Actual de la cuenta public: static double Interes; // Esta variable es la misma en todos los // objetos creados de C_Cuenta

// ... Definición de los métodos};

// Las variables static necesitan inicializarse. Si no se especifica un// valor inicial las variables static se inicializan a cero.// double C_Cuenta::Interes;// para inicializaras con otro valor: double C_Cuenta::Interes=1.0;


void main(){ // Las variables estáticas tienen un scope global. // Por lo tanto se pueden usar aunque no esté creado // ningún objeto de dicha clase. C_Cuenta::Interes = 2.0; // ...}

Como se ve en el ejemplo anterior, para conseguir que el interés sea el mismo en todas lascuentas que se creen, C++ permite declarar una variable miembro como static. A continuación sedescriben las características más importantes de las variables miembro static:

• Sólo existe una copia de cada una de las variables miembro static. Es decir, todos losobjetos declarados de esa clase hacen referencia a la misma variable, esto es, a la mismaposición de memoria.

• Las variables static pueden ser public o private, del mismo modo que el resto de lasvariables miembro.

• Las variables static de una clase existen aunque no se haya declarado ningún objeto de esaclase. Esto quiere decir que la memoria reservada para este tipo de variable se ocupa en elmomento de la definición de la clase, no en el momento de la declaración de los objetos.

• Para referirse a una variable static se puede utilizar el nombre de un objeto y el operadorpunto (.), pero esta notación es confusa ya que se está haciendo referencia a una variablecomún a todos los objetos de una clase mediante el nombre de uno sólo de ellos. Por eso esmejor utilizar el nombre de la clase y el scope resolution operator (::):

• Nombre_de_la_clase::variable_static

• Las variables static no se pueden inicializar en un constructor, porque se inicializaríanmuchas veces. Si se desea inicializarlas debe hacerse en el fichero que contiene lasdefiniciones de las funciones miembro de esa clase:

• float Nombre_de_la_clase::variable_static = valor_inicial;

Obsérvese que en este caso hay que incluir el tipo de variable porque se trata de unainicialización y no de una sentencia de asignación.

Las variables static tienen una cierta similitud con las variables global, pero difieren en que elscope de las variables miembro static puede ser controlado por el programador definiéndolo comoprivate, public o protected.

Un caso habitual en el que las variables tipo static son de gran utilidad es en el caso de que sedesee llevar un contador del número de objetos creados de una clase dada:

class C_Cuenta { // Variables miembro private: char *Nombre; // Nombre de la persona double Saldo; // Saldo Actual de la cuenta double Interes; // Interés calculado hasta el momento static int Cuantas; // Número de cuentas abiertas public:


// Constructor C_Cuenta(const char *unNombre, double unSaldo=0.0, double unInteres=0.0) { Nombre = new char[strlen(unNombre)+1]; strcpy(Nombre, unNombre); SetSaldo(unSaldo); SetInteres(unInteres); Cuantas++; } // Destructor ~Cuenta() { delete []Nombre; Cuantas--; } // Métodos inline int getCuantasCuentas() { return Cuantas; } inline char *GetNombre() { return Nombre; } inline double GetSaldo() { return Saldo; } inline double GetInteres() { return Interes; } inline void SetSaldo(double unSaldo) { Saldo = unSaldo; } inline void SetInteres(double unInteres) { Interes = unInteres; } ivoid Ingreso(double unaCantidad) { SetSaldo( GetSaldo() + unaCantidad ); } friend ostream& operator<<(ostream& os, C_Cuenta& unaCuenta) { os << "Nombre=" << unaCuenta.GetNombre() << endl; os << "Saldo=" << unaCuenta.GetSaldo() << endl; return os; }};

// definición e inicialización de variable staticint C_Cuenta::Cuantas = 0;

void main(void){ C_Cuenta c1("Igor"); // Imprime 1 cout << c1.getCuantasCuentas() << endl; C_Cuenta c2("Juan"); // Imprime 2 cout << c2.getCuantasCuentas() << endl; // ...}

Se ve en el ejemplo anterior cómo el número total de cuentas creadas hasta el momento sealmacena en una variable miembro static llamada cuantas. Esta variable se incrementa en unaunidad cada vez que se llama al constructor y se decrementa en uno cada vez que se llama aldestructor. Para conocer en un momento dado el valor de esta variable se utiliza la funcióngetCuantasCuentas(). En el ejemplo anterior, se ha añadido también a la clase C_Cuenta unoperador de inserción en ostream sobrecargado (<<) capaz de escribir todos los datos de unacuenta corriente.

3.15 Funciones miembro static

Las funciones miembro que sólo acceden a variables miembro static pueden, a su vez, serdeclaradas como static en la definición de la clase. Estas funciones pueden ser llamadasindiferentemente con el operador punto (.) y con el scope resolution operator (::).


Algunas de las características más importantes de este tipo de funciones se comentan acontinuación:

• Son funciones genéricas que no actúan sobre ningún objeto concreto de la clase.

• Como ya se dicho anteriormente, no pueden utilizar variables miembro que no sean static.

• No pueden utilizar el puntero this, ya que éste hace referencia al objeto concreto de la clasesobre la que se está trabajando.

En resumen, hay que decir que las variables y funciones miembro static resultan útiles en elcaso de que se quieran establecer variables y métodos comunes a todos los objetos de una clase. Sepuede decir que se necesita una variable de tipo static cuando se quiere almacenar el valor de unacaracterística que pertenece más a la “fábrica” que crea los objetos que a cada uno de los objetoscreados. Sirva como ejemplo el caso ya citado de que se quieran contar el número de objetos de unaclase que existen en un momento determinado. Para ello, como ya se ha visto, se puede utilizar eloperador incremento (++) en el constructor y el operador decremento (--) en el destructor de esaclase.

Las funciones static pueden recibir objetos de su clase como argumentos explícitos, aunqueno como argumento implícito. Esto implica que cuando se desea que una función actúe sobre dosobjetos de una clase (por ejemplo para hacer una trasferencia entre dos cuentas bancarias), lasfunciones static son una alternativa a las funciones friend para conseguir simetría en la forma detratar a los dos objetos de la clase (que ambos pasen como argumentos explícitos). Considérese elsiguiente ejemplo, válido en C++:

#include <iostream.h>#include <string.h>

class persona {public: long DNI; char nombre[41];

persona(long dni, char *name) { DNI = dni; strcpy(nombre, name); }

// funcion static con argumento persona static long getDNI(persona P) { return P.DNI; }};

void main (void){ persona p1(47126578, "Pepe Perez"); // se llama a la función static con el nombre de la clase cout << p1.nombre << " DNI: " << persona::getDNI(p1) << endl; cout << "Ya he terminado." << endl;}


4 HERENCIA

4.1 Necesidad de la herencia

La mente humana clasifica los conceptos de acuerdo a dos dimensiones: pertenencia y variedad. Sepuede decir que el Ford Fiesta es un tipo de coche (variedad o, en inglés, una relación del tipo is a)y que una rueda es parte de un coche (pertenencia o una relación del tipo has a). Antes de la llegadade la herencia, en C ya se había resuelto el problema de la pertenencia mediante las estructuras,que podían ser todo lo complejas que se quisiera. Con la herencia, como se va a ver en estecapítulo, se consigue clasificar los tipos de datos (abstracciones) por variedad, acercando así unpaso más la programación al modo de razonar humano.

4.2 Definición de herencia

La herencia, entendida como una característica de la programación orientada a objetos y másconcretamente del C++, permite definir una clase modificando una o más clases ya existentes.Estas modificaciones consisten habitualmente en añadir nuevos miembros (variables o funciones),a la clase que se está definiendo, aunque también se puede redefinir variables o funciones miembroya existentes.

La clase de la que se parte en este proceso recibe el nombre de clase base, y la nueva claseque se obtiene se denomina clase derivada. Ésta a su vez puede ser clase base en un nuevo procesode derivación, iniciando de esta manera una jerarquía de clases. De ordinario las clases base suelenser más generales que las clases derivadas. Esto es así porque a las clases derivadas se les suelen irañadiendo características, en definitiva variables y funciones que diferencian concretan yparticularizan.

En algunos casos una clase no tiene otra utilidad que la de ser clase base para otras clases quese deriven de ella. A este tipo de clases base, de las que no se declara ningún objeto, se lesdenomina clases base abstractas (ABC, Abstract Base Class) y su función es la de agruparmiembros comunes de otras clases que se derivarán de ellas. Por ejemplo, se puede definir la clasevehiculo para después derivar de ella coche, bicicleta, patinete, etc., pero todos los objetos que sedeclaren pertenecerán a alguna de estas últimas clases; no habrá vehículos que sean sólo vehículos.Las características comunes de estas clases (como una variable que indique si está parado o enmarcha, otra que indique su velocidad, la función de arrancar y la de frenar, etc.), pertenecerán a laclase base y las que sean particulares de alguna de ellas pertenecerán sólo a la clase derivada (porejemplo el número de platos y piñones, que sólo tiene sentido para una bicicleta, o la funciónembragar que sólo se aplicará a los vehículos de motor con varias marchas).

Este mecanismo de herencia presenta múltiples ventajas evidentes a primera vista, como laposibilidad de reutilizar código sin tener que escribirlo de nuevo. Esto es posible porque todas lasclases derivadas pueden utilizar el código de la clase base sin tener que volver a definirlo en cadauna de ellas.

4.2.1 VARIABLES Y FUNCIONES MIEMBRO PROTECTED

Uno de los problemas que aparece con la herencia es el del control del acceso a los datos. ¿Puedeuna función de una clase derivada acceder a los datos privados de su clase base? En principio unaclase no puede acceder a los datos privados de otra, pero podría ser muy conveniente que una clasederivada accediera a todos los datos de su clase base. Para hacer posible esto, existe el tipo de dato


protected. Este tipo de datos es privado para todas aquellas clases que no son derivadas, peropúblico para una clase derivada de la clase en la que se ha definido la variable como protected.

Por otra parte, el proceso de herencia puede efectuarse de dos formas distintas: siendo la clasebase public o private para la clase derivada. En el caso de que la clase base sea public para la clasederivada, ésta hereda los miembros public y protected de la clase base como miembros public yprotected, respectivamente. Por el contrario, si la clase base es private para la clase derivada, éstahereda todos los datos de la clase base como private. La siguiente tabla puede resumir lo explicadoen los dos últimos párrafos.

Tipo de dato dela clase base

Clase derivada de unaclase base public

Clase derivada de unaclase base private

Otras clases sin relación deherencia con la clase base

Private No accesibledirectamente

No accesibledirectamente

No accesible directamente

Protected Protected Private No accesible directamente

Public Public Private Accesible medianteoperador (.) o (->)

Tabla 1: Herencia pública y privada.

Como ejemplo, se puede pensar en dos tipos de cuentas bancarias que comparten algunascaracterísticas y que también tienen algunas diferencias. Ambas cuentas tienen un saldo, un interésy el nombre del titular de la cuenta. La cuenta joven es un tipo de cuenta que requiere la edad delpropietario, mientras que la cuenta empresarial necesita el nombre de la empresa. El problemapodría resolverse estableciendo una clase base llamada C_Cuenta y creando dos tipos de cuentaderivados de dicha clase base.

Para indicar que una clase deriva de otra es necesario indicarlo en la definición de la clasederivada, especificando el modo -public o private- en que deriva de su clase base:

class Clase_Derivada : public o private Clase_Base

De esta forma el código necesario para crear esas tres clases mencionadas quedaría de lasiguiente forma:

#include <iostream.h>class C_Cuenta { // Variables miembro private: char *Nombre; // Nombre de la persona double Saldo; // Saldo Actual de la cuenta double Interes; // Interés aplicado public: // Constructor C_Cuenta(const char *unNombre, double unSaldo=0.0, double unInteres=0.0) { Nombre = new char[strlen(unNombre)+1]; strcpy(Nombre, unNombre); SetSaldo(unSaldo); SetInteres(unInteres); } // Destructor ~Cuenta() { delete [] Nombre; } // Métodos inline char *GetNombre() { return Nombre; } inline double GetSaldo() { return Saldo; }


inline double GetInteres() { return Interes; } inline void SetSaldo(double unSaldo) { Saldo = unSaldo; } inline void SetInteres(double unInteres) { Interes = unInteres; } inline void Ingreso(double unaCantidad) { SetSaldo( GetSaldo() + unaCantidad ); } friend ostream& operator<<(ostream& os, C_Cuenta& unaCuenta) { os << "Nombre=" << unaCuenta.GetNombre() << endl; os << "Saldo=" << unaCuenta.GetSaldo() << endl; return os; }};

class C_CuentaJoven : public C_Cuenta { private: int Edad; public: C_CuentaJoven( // argumentos del constructor const char *unNombre, int laEdad, double unSaldo=0.0, double unInteres=0.0) : C_Cuenta(unNombre, unSaldo, unInteres) // se llama al constructor de la clase base en la línea previa. { Edad = laEdad; }};class C_CuentaEmpresarial : public C_Cuenta { private: char *NomEmpresa; public: C_CuentaEmpresarial( // argumentos del constructor const char *unNombre, const char *laEmpresa, double unSaldo=0.0, double unInteres=0.0) : C_Cuenta(unNombre, unSaldo, unInteres) // se llama al constructor de la clase base en la línea previa. { NomEmpresa = new char[strlen(laEmpresa)+1]; strcpy(NomEmpresa, laEmpresa); } // Cuando una variable de este tipo se destruye se llamará // primero el destructor de CuentaEmpresarial y posteriormente se // llama automáticamente el destructor de la clase base. ~C_CuentaEmpresarial() { delete [] NomEmpresa; }};

void main(){ C_CuentaJoven c1("Igor", 18, 10000.0, 1.0); C_CuentaEmpresarial c2("Juan", "MicroComputers Corp." ,10000000.0); // Ambas cuentas pueden llamar métodos definidos previamente cout << c1; cout << c2;}

Si un miembro heredado se redefine en la clase derivada, el nombre redefinido oculta elnombre heredado que ya queda invisible para los objetos de la clase derivada.


Hay algunos elementos de la clase base que no pueden ser heredados:

• Constructores• Destructores• Funciones friend• Funciones y datos estáticos de la clase• Operador de asignación (=) sobrecargado

4.3 Constructores de las clases derivadas: inicializador base

Un objeto de la clase derivada contiene todos los miembros de la clase base y todos esos miembrosdeben ser inicializados. Por esta razón el constructor de la clase derivada debe llamar alconstructor de la clase base. Al definir el constructor de la clase derivada se debe especificar uninicializador base.

Como ya se ha dicho las clases derivadas no heredan los constructores de sus clases base. Elinicializador base es la forma de llamar a los constructores de las clases base y poder así inicializarlas variables miembro heredadas. Este inicilizador base se especifica poniendo, a continuación delos argumentos del constructor de la clase derivada, el carácter dos puntos (:) y el nombre delconstructor de la clase o las clases base, seguido de una lista de argumentos entre paréntesis.

El inicializador base puede ser omitido en el caso de que la clase base tenga un constructorpor defecto. En el caso de que el constructor de la clase base exista, al declarar un objeto de la clasederivada se ejecuta primero el constructor de la clase base.

En el ejemplo del apartado anterior ya se puede ver como se llama al constructor de la clasebase desde el constructor de la clase derivada:

C_CuentaJoven(const char *unNombre, int laEdad, double unSaldo=0.0, double unInteres=0.0) : C_Cuenta(unNombre, unSaldo, unInteres)

4.4 Herencia simple y herencia múltiple

Una clase puede heredar variables y funciones miembro de una o más clases base. En el caso de queherede los miembros de una única clase se habla de herencia simple y en el caso de que heredemiembros de varias clases base se trata de un caso de herencia múltiple. Esto se ilustra en lasiguiente figura:

Herencia Simple: Todas las clases derivadastienen una única clase base

Herencia Múltiple : Las clases derivadastienen varias clases base

Figura 4: Herencia simple y herencia múltiple.

Como ejemplo se puede presentar el caso de que se tenga una clase para el manejo de losdatos de la empresa. Se podría definir la clase C_CuentaEmpresarial como la herencia múltiple dedos clases base: la ya bien conocida clase C_Cuenta y nueva clase llamada C_Empresa, que semuestra a continuación:


class C_Empresa { private: char *NomEmpresa; public: C_Empresa(const char*laEmpresa) { NomEmpresa = new char[strlen(laEmpresa)+1]; strcpy(NomEmpresa, laEmpresa); } ~C_Empresa() { delete [] NomEmpresa; } // Otros métodos ...};

class C_CuentaEmpresarial : public C_Cuenta, public C_Empresa { public: C_CuentaEmpresarial( const char *unNombre, const char *laEmpresa, double unSaldo=0.0, double unInteres=0.0 ) : C_Cuenta(unNombre, unSaldo, unInteres), C_Empresa(laEmpresa) // se llama a los constructores de las clases base en la línea previa { // Constructor } // Otros métodos};

4.5 Clases base virtuales

Al utilizar la herencia múltiple puede suceder que, indirectamente, una clase herede varias veces losmiembros de otra clase, tal como se ve en la figura 5.

Figura 5: Necesidad de las clases base virtuales.

Si la clase Madre_1 y la clase Madre_2 heredan los miembros de la clase Abuela y la clase Hijahereda, a su vez, los miembros de las clases Madre_1 y Madre_2, los miembros de la clase Abuelase encontrarán duplicados en la clase Hija . Para evitar este problema las clases Madre_1 yMadre_2 deben derivar de la clase Abuela declarándola clase base virtual. Esto hace que losmiembros de una clase de ese tipo se hereden tan sólo una vez. Un ejemplo de declaración de unaclase base virtual es el que se presenta a continuación:

class Madre_1 : virtual public Abuela {...}


4.6 Conversiones entre objetos de clases base y clases derivadas

Es posible realizar conversiones o asignaciones de un objeto de una clase derivada a un objeto dela clase base. Es decir se puede ir de lo más particular a lo más general, aunque en esa operación sepierda información, pues haya variables que no tengan a qué asignarse (el número de variablesmiembro de una clase derivada es mayor o igual que el de la clase de la que deriva).

Por el contrario las conversiones o asignaciones en el otro sentido, es decir de lo más generala lo más particular, no son posibles, porque puede suceder que no se disponga de valores para todaslas variables miembro de la clase derivada.

Así pues, la siguiente asignación sería correcta:Objeto_clase_base = Objeto_clase_derivada // Asignación válida

mientras que esta otra sería incorrecta:Objeto_clase_derivada = Objeto_clase_base // Asignación incorrecta

En el siguiente ejemplo se pueden ver las distintas posibilidades de asignación (más bien deinicialización, en este caso), que se presentan en la clase C_CuentaEmpresarial.

void main(){ // Válido C_CuentaEmpresarial *c1 = new C_CuentaEmpresarial("Juan", "Jugos SA", 100000.0, 10.0);

// Válido. Se utilizan los valores por defecto C_Cuenta *c2 = new C_CuentaEmpresarial("Igor", "Patata CORP");

// NO VÁLIDO C_CuentaEmpresarial *c3 = new C_Cuenta("Igor", 100.0, 1.0); // ...}

De forma análoga, se puede guardar la dirección almacenada en un puntero a una clasederivada en un puntero a la clase base. Esto quiere decir que se puede hacer referencia a un objetode la clase derivada con su dirección contenida en un puntero a la clase base.

Al igual que sucede con los nombres de los objetos, en principio cuando se hace referencia aun objeto por medio de un puntero, el tipo de dicho puntero determina la función miembro que seaplica, en el caso de que esa función se encuentre definida tanto en la clase base como en laderivada. En definitiva, un puntero a la clase base puede almacenar la dirección de un objetoperteneciente a una clase derivada. Sin embargo, se aplicarán los métodos de la clase a la quepertenezca el puntero, no los de la clase a la que pertenece el objeto.


5 POLIMORFISMO

Polimorfismo, por definición, es la capacidad de adoptar formas distintas. En el ámbito de laProgramación Orientada a Objetos se entiende por polimorfismo la capacidad de llamar afunciones distintas con un mismo nombre. Estas funciones pueden actuar sobre objetos distintosdentro de una jerarquía de clases, sin tener que especificar el tipo exacto de los objetos. Esto sepuede entender mejor con el ejemplo de la figura 6:

Figura 6: Funciones virtuales

En el ejemplo que se ve en la figura 6 se observa una jerarquía de clases. En todos los nivelesde esta jerarquía está contenida una función llamada Funcion_1(). Esta función no tiene por qué serigual en todas las clases, aunque es habitual que sea una función que efectúe una operación muyparecida sobre distintos tipos de objetos.

Es importante comprender que el compilador no decide en tiempo de compilación cuál serála función que se debe utilizar en un momento dado del programa. Esa decisión se toma en tiempode ejecución. A este proceso de decisión en tiempo de ejecución se le denomina vinculacióndinámica o tardía, en oposición a la habitual vinculación estática o temprana, consistente endecidir en tiempo de compilación qué función se aplica en cada caso.

A este tipo de funciones, incluidas en varios niveles de una jerarquía de clases con el mismonombre pero con distinta definición, se les denomina funciones virtuales. Hay que insistir en quela definición de la función en cada nivel es distinta.

El polimorfismo hace posible que un usuario pueda añadir nuevas clases a una jerarquía sinmodificar o recompilar el código original. Esto quiere decir que si desea añadir una nueva clasederivada es suficiente con establecer la clase de la que deriva, definir sus nuevas variables yfunciones miembro, y compilar esta parte del código, ensamblándolo después con lo que ya estabacompilado previamente.

Es necesario comentar que las funciones virtuales son algo menos eficientes que lasfunciones normales. A continuación se explica, sin entrar en gran detalle, el funcionamiento de lasfunciones virtuales. Cada clase que utiliza funciones virtuales tiene un vector de punteros, uno porcada función virtual, llamado v-table. Cada uno de los punteros contenidos en ese vector apunta ala función virtual apropiada para esa clase, que será, habitualmente, la función virtual definida enla propia clase. En el caso de que en esa clase no esté definida la función virtual en cuestión, elpuntero de v-table apuntará a la función virtual de su clase base más próxima en la jerarquía, quetenga una definición propia de la función virtual. Esto quiere decir que buscará primero en la


propia clase, luego en la clase anterior en el orden jerárquico y se irá subiendo en ese orden hastadar con una clase que tenga definida la función buscada.

Cada objeto creado de una clase que tenga una función virtual contiene un puntero oculto a lav-table de su clase. Mediante ese puntero accede a su v-table correspondiente y a través de estatabla accede a la definición adecuada de la función virtual. Es este trabajo extra el que hace que lasfunciones virtuales sean menos eficientes que las funciones normales.

Como ejemplo se puede suponer que la cuenta_joven y la cuenta_empresarial antes descritastienen una forma distinta de abonar mensualmente el interés al saldo.

• En la cuenta_joven, no se abonará el interés pactado si el saldo es inferior a un límite.

• En la cuenta_empresarial se tienen tres cantidades límite, a las cuales se aplican factoresde corrección en el cálculo del interés. El cálculo de la cantidad abonada debe realizarse dela siguiente forma:

1. Si el saldo es menor que 50000, se aplica el interés establecido previamente.

2. Si el saldo está entre 50000 y 500.000, se aplica 1.1 veces el interés establecidopreviamente.

3. Si el saldo es mayor a 500.000, se aplica 1.5 veces el interés establecidopreviamente.

El código correspondiente quedaría de la siguiente forma:class C_Cuenta { // Variables miembro private: double Saldo; // Saldo Actual de la cuenta double Interes; // Interés calculado hasta el momento, anual, // en tanto por ciento % public: //Constructor C_Cuenta(double unSaldo=0.0, double unInteres=4.0) { SetSaldo(unSaldo); SetInteres(unInteres); } // Acciones Básicas inline double GetSaldo() { return Saldo; } inline double GetInteres() { return Interes; } inline void SetSaldo(double unSaldo) { Saldo = unSaldo; } inline void SetInteres(double unInteres) { Interes = unInteres; } void Ingreso(double unaCantidad) { SetSaldo( GetSaldo() + unaCantidad ); } virtual void AbonaInteresMensual() { SetSaldo( GetSaldo() * ( 1.0 + GetInteres() / 12.0 / 100.0) ); } // etc...};


class C_CuentaJoven : public C_Cuenta { public: C_CuentaJoven(double unSaldo=0.0, double unInteres=2.0, double unLimite = 50.0E3) : C_Cuenta(unSaldo, unInteres) { Limite = unLimite; } virtual void AbonaInteresMensual () { if (GetSaldo() > Limite) SetSaldo( GetSaldo() * (1.0 + GetInteres() / 12.0 / 100.0) ); else SetSaldo( GetSaldo() ); } private: double Limite;};

class C_CuentaEmpresarial : public C_Cuenta { public: C_CuentaEmpresarial(double unSaldo=0.0, double unInteres=4.0) : C_Cuenta(unSaldo, unInteres) { CantMin[0] = 50.0e3; CantMin[1] = 500.0e3; } virtual void AbonaInteresMensual() { SetSaldo( GetSaldo() * (1.0 + GetInteres() * CalculaFactor() / 12.0 / 100.0 )); } double CalculaFactor() { if (GetSaldo() < CantMin[0]) return 1.0; else if (GetSaldo() < CantMin[1]) return 1.1; else return 1.5; } private: double CantMin[2];};

La idea central del polimorfismo es la de poder llamar a funciones distintas aunque tenganel mismo nombre, según la clase a la que pertenece el objeto al que se aplican. Esto es imposibleutilizando nombres de objetos: siempre se aplica la función miembro de la clase correspondiente alnombre del objeto, y esto se decide en tiempo de compilación.

Sin embargo, utilizando punteros puede conseguirse el objetivo buscado. Recuérdese que unpuntero a la clase base puede contener direcciones de objetos de cualquiera de las clasesderivadas. En principio, el tipo de puntero determina también la función que es llamada, pero si seutilizan funciones virtuales es el tipo de objeto el que apunta el puntero lo que determina lafunción que se llama. Esta es la esencia del polimorfismo.

5.1 Implementacion de las funciones virtuales

Una función virtual puede ser llamada como una función convencional, es decir, utilizandovinculación estática. En este caso no se están aprovechando las características de las funcionesvirtuales, pero el programa puede funcionar correctamente. A continuación se presenta un ejemplode este tipo de implementación que no es recomendable usar, ya que utilizando una funciónconvencional se ganaría en eficiencia:


Clase_1 Objeto_1; // Se definen un objeto de una claseClase_1 *Puntero_1; // y un puntero que puede apuntarlofloat variable;

Puntero_1 = &Objeto_1;variable = Objeto_1.Funcion_1( ); // Utilización de vinculación estáticavariable = Puntero_1->Funcion_1( ); // con funciones virtuales. Absurdo

En el ejemplo anterior en las dos asignaciones a variable, las funciones que se van a utilizarse determinan en tiempo de compilación.

A continuación se presenta un ejemplo de utilización correcta de las funciones virtuales:Clase_Base Objeto_Base;Clase_Derivada Objeto_Derivado;Clase_Base *Puntero_Base_1;Clase_Base *Puntero_Base_2;float variable;

…Puntero_Base_1 = &Objeto_Base; // El puntero a la clase base puede // apuntar a un objeto de la clase basePuntero_Base_2 = &Objeto_Derivado; // o a un objeto de la clase derivada…variable = Puntero_Base_2->Funcion_1( ); // Utilización correcta // de una función virtual

En este nuevo ejemplo se utiliza vinculación dinámica, ya que el Puntero_Base_2 puedeapuntar a un objeto de la clase base o a un objeto de cualquiera de las clases derivadas en elmomento de la asignación a variable, en la última línea del ejemplo. Por eso, es necesariamente entiempo de ejecución cuando el programa decide cuál es la Funcion_1 concreta que tiene queutilizar.

Esa Funcion_1 será la definida para la clase del Objeto_Derivado si está definida, o la de laclase base más próxima en el orden jerárquico que tenga definida esa Funcion_1.

5.2 Funciones virtuales puras

Habitualmente las funciones virtuales de la clase base de la jerarquía no se utilizan porque en lamayoría de los casos no se declaran objetos de esa clase, y/o porque todas las clases derivadastienen su propia definición de la función virtual. Sin embargo, incluso en el caso de que la funciónvirtual de la clase base no vaya a ser utilizada, debe declararse.

De todos modos, si la función no va a ser utilizada no es necesario definirla, y es suficientecon declararla como función virtual pura. Una función virtual pura se declara así:

virtual funcion_1( ) const=0; //Función virtual pura

La única utilidad de esta declaración es la de posibilitar la definición de funciones virtualesen las clases derivadas. De alguna manera se puede decir que la definición de una función comovirtual pura hace necesaria la definición de esa función en las clases derivadas, a la vez queimposibilita su utilización con objetos de la clase base.

Al definir una función como virtual pura hay que tener en cuenta que:

• No hace falta definir el código de esa función en la clase base.

• No se pueden definir objetos de la clase base, ya que no se puede llamar a las funcionesvirtuales puras.

• Sin embargo, es posible definir punteros a la clase base, pues es a través de ellos comoserá posible manejar objetos de las clases derivadas.


5.3 Clases abstractas

Se denomina clase abstracta a aquella que contiene una o más funciones virtuales puras. Elnombre proviene de que no puede existir ningún objeto de esa clase. Si una clase derivada noredefine una función virtual pura, la clase derivada la hereda como función virtual pura y seconvierte también en clase abstracta. Por el contrario, aquellas clases derivadas que redefinen todaslas funciones virtuales puras de sus clases base reciben el nombre de clases derivadas concretas,nomenclatura únicamente utilizada para diferenciarlas de las antes mencionadas.

Aparentemente puede parecer que carece de sentido definir una clase de la que no va a existirningún objeto, pero se puede afirmar, sin miedo a equivocarse, que la abstracción es unaherramienta imprescindible para un correcto diseño de la Programación Orientada a Objetos.

Figura 7. Clases base virtuales.

Está claro que la jerarquía que se presenta en la figura 7 no es suficiente, porque un avión yun helicóptero, o un patinete y una bicicleta, serían objetos de la misma clase. Pero lo que sepretende ilustrar es la necesidad de una clase vehículo que englobe las características comunes detodos ellos (peso, velocidad máxima, …), aunque no exista ningún objeto de esa clase, ya quecualquier vehículo en el que se piense, podrá definirse como un objeto de una clase derivada de laprimera clase base.

Habitualmente las clases superiores de muchas jerarquías de clases son clases abstractas y lasclases que heredan de ellas definen sus propias funciones virtuales, convirtiéndose así en funcionesconcretas.

5.4 Destructores virtuales

Como norma general, el constructor de la clase base se llama antes que el constructor de la clasederivada. Con los destructores, sin embargo, sucede al revés: el destructor de la clase derivada sellama antes que el de la clase base.

Por esa razón, en el caso de que se borre, aplicando delete, un puntero a un objeto de la clasebase que apunte a un objeto de una clase derivada, se llamará al destructor de la clase base, en vezde al destructor de la clase derivada, que sería lo adecuado. La solución a este problema consisteen declarar como virtual el destructor de la clase base. Esto hace que automáticamente losdestructores de las clases derivadas sean también virtuales, a pesar de tener nombres distintos.

De este modo, al aplicar delete a un puntero de la clase base que puede apuntar a un objetode ese tipo o a cualquier objeto de una clase derivada, se aplica el destructor adecuado en cadacaso. Por esta razón es conveniente declarar un destructor virtual en todas las clases abstractas, yaque aunque no sea necesario para esa clase, sí puede serlo para una clase que derive de ella.


Este problema no se presenta con los constructores y por eso no existe ningún tipo deconstructor virtual o similar.


6 ENTRADA/SALIDA EN C++

Ya se ha visto que C++ dispone de unas herramientas propias de entrada y salida de datos basadasen clases y en la herencia que son fáciles de extender y modificar. Si este tema no se ha vistoanteriormente con más extensión, es porque conviene haber visto la herencia para entenderlocorrectamente.

Es necesario recordar aquí el concepto de stream o flujo, que se puede definir comodispositivo que produce o consume información. Un flujo está siempre ligado a un dispositivofísico. Todos los flujos, independientemente del dispositivo físico al que se dirijan (disco,monitor…,) se comportan de forma análoga.

Al ejecutarse un programa en C++ se abren automáticamente los flujos siguientes:

cin: entrada estándar (teclado)

cout: salida estándar (pantalla)

cerr: salida de mensajes de error (pantalla)

C++ dispone de dos jerarquías de clases para las operaciones de entrada/salida: una de bajonivel, streambuf, que no se va a explicar porque sólo es utilizada por programadores expertos, yotra de alto nivel, con las clases: istream, ostream e iostream, que derivan de la clase ios. Estasclases disponen de variables y métodos para controlar los flujos de entrada y salida (ver la jerarquíade clases de entrada/salida en la figura 8, un poco más adelante).

6.1 Entrada/salida con formato

Cada flujo de C++ tiene asociados unos indicadores, que son unas variables miembro enum de tipolong que controlan el formato al activarse o desactivarse alguno de sus bits. Su valor hexadecimales:

enum { skipws=0x0001, left=0x0002, rigth=0x0004, internal=0x0008, dec=0x0010, oct=0x0020 hex=0x0040, showbase=0x0080, showpoint= 0x0100 uppercase=0x0200, showpos=0x0400, scientific=0x800, fixed=0x1000, unitbuf=0x2000};

Su significado es el siguiente:

skipws: se descartan los blancos iniciales a la entradaleft: la salida se alinea a la izquierdarigth: la salida se alinea a la derechainternal: se alinea el signo y los caracteres indicativos de la base por la

izquierda y las cifras por la derechadec: salida decimal para enteros (defecto)oct: salida octal para enteroshex: salida hexadecimal al para enterosshowbase: se muestra la base de los valores numéricosshowpoint: se muestra el punto decimaluppercase: los caracteres de formato aparecen en mayúsculasshowpos: se muestra el signo (+) en los valores positivosscientific: notación científica para coma flotantefixed: notación normal para coma flotante


unitbuf: salida sin buffer (se vuelca cada operación)stdio permite compatibilizar entrada/salida al modo de C con <stdio.h> y al

modo de C++ con <iostream.h>

La forma de definir las constantes anteriores permite componerlas fácilmente, guardando todala información sobre ellas en una única variable long. Existen unos indicadores adicionales(adjustfield, basefield y floatfield) que actúan como combinaciones de los anteriores (máscaras):

adjustfield es una combinación excluyente (sólo una en on) de left, rigth e internal

basefield es una combinación excluyente (sólo una en on) de dec, oct e hex

floatfield es una combinación excluyente (sólo una en on) de scientific y fixed

Por defecto todos los indicadores anteriores están desactivados, excepto skipws y dec.

6.2 Activar y desactivar indicadores

Para la activación de indicadores se pueden utilizar los métodos setf() y flags() de la clase ios. Secomenzará viendo la primera de ellas.

Los dos prototipos del método setf() son:long setf(long indic);

long setf(long indic, long mask);

El valor de retorno de esta función es la configuración anterior (interesa disponer de ella alhacer algún cambio para poder volver a dicha configuración si se desea), e indic es el long quecontiene los indicadores. En el segundo prototipo mask es uno de los tres indicadores combinaciónde otros (adjustfield, basefield y floatfield).

Se permite activar varios indicadores a la vez con el operador lógico OR binario. Ejemplo:cout.setf(ios::showpoint | ios::fixed);

Es necesario determinar el flujo afectado (cout) y la clase en la que están definidos losindicadores (ios). Para desactivar los indicadores se utiliza la función unsetf() de modo similar asetf().

El segundo prototipo se debe utilizar para cambiar los indicadores que son exclusivos, comopor ejemplo:

cout.setf(ios::left, ios::adjustfield);

que lo que hace es desactivar los tres bits que tienen que ver con la alineación y después activar elbit de alineación por la izquierda. En la forma,

cout.setf(0, ios::adjustfield);

pone los tres bits de alineación a cero.

La función flags() sin argumentos devuelve un long con la configuración de todos losindicadores. Su prototipo es:

long flags();

Existe otra definición de la función flags() cuyo valor de retorno es un long con laconfiguración anterior, que permite cambiar todos los indicadores a la vez, pasando un long con lanueva configuración como argumento:


long flags(long indic);

donde indic contiene una descripción completa de la nueva configuración. El inconveniente de lafunción flags() es que establece una nueva configuración partiendo de cero, mientras que setf()simplemente modifica la configuración anterior manteniendo todo lo que no se ha cambiadoexplícitamente, por lo que debe ser considerada como una opción más segura.

Se presenta a continuación un ejemplo con todo lo citado hasta ahora:// se mostrará el signo + para números positivoscout.setf(ios::showpos);// se mostrará el punto y no se utilizará notación científicacout.setf(ios::showpoint | ios::fixed);cout << 100.0;

que hace que se escriba por pantalla:+100.000000

6.3 Funciones miembro width(), precision() y fill()

Estas funciones están declaradas en ios y definidas en las clases istream, ostream e iostream. Lafunción miembro width() establece la anchura de campo mínima para un dato de salida. Susprototipos son:

int width(int n);

int width();

donde el valor de retorno es la anchura anterior.

La anchura establecida con la función width() es la mínima y siempre que sea necesario elsistema la aumenta de modo automático. Esta anchura de campo sólo es válida para el siguientedato que se imprime. Si se desea que siga siendo válida hay que llamarla cada vez.

La función miembro precision() establece el número de cifras para un dato de salida. Si no seindica nada la precisión por defecto es 6 dígitos. Los prototipos de la función precision() son:

int precision(int n);

int precision();

donde el valor de retorno es la precisión anterior.

La función miembro fill() establece el carácter de relleno para un dato de salida. Por defectoel carácter de relleno es el blanco ‘ ‘. Los prototipos de esta función son:

char fill(char ch);

char fill();

donde el valor de retorno es el carácter de relleno anterior.

En el compilador Visual C++ de Microsoft sólo width() necesita ser llamada cada vez.

6.3.1 MANIPULADORES DE ENTRADA/SALIDA

Los manipuladores son constantes y/o métodos que constituyen una alternativa a los indicadores.Se pueden introducir en la propia sentencia de entrada o salida. Los manipuladores pueden tenerargumentos o no tenerlos. Los manipuladores sin argumentos (endl, flush, etc.) están definidos eniostream.h. Los que tienen argumentos están declarados en iomanip.h. Un manipulador sólo afectaal flujo (cin, cout, etc.) al que se aplica.


El inconveniente de los manipuladores frente a los indicadores es que no permiten guardar laconfiguración anterior y por tanto volver a ella de una forma general y sencilla.

Los manipuladores de entrada/salida más utilizados se citan a continuación:

dec, hex y oct: establecen base para enterosws: se saltan los blancos inicialesendl: se imprime un ‘\n’ y se vacía el buffer de salidaflush: se vacía el buffer de salidasetw(int w): establece la anchura mínima de camposetprecision(int p): establece el número de cifrassetfill(char ch): establece el carácter de rellenosetiosflag(long i) equivale al indicador setf()unsetiosflag(long i) equivale a unsetf()

Un manipulador se utiliza de la forma:cout << hex << 100;cout << setw(10) << mat[i][j] << endl;

El efecto de los manipuladores permanece en el flujo correspondiente hasta que se cambianpor otro manipulador, a excepción de setw() que hay que introducirlo en el flujo antes de cada datoal que se le quiera aplicar esa anchura de campo.

6.4 Sobrecarga de los operadores de entrada/salida (<< y >>)

Los operadores de extracción (>>) e inserción (<<) en los flujos de entrada y salida se puedensobrecargar como otros operadores de C++. Ambos son operadores binarios (2 argumentos). Susprototipos son los siguientes:

ostream& operator<< (ostream& co, const obj_type& a);istream& operator>> (istream& ci, obj_type& a);

Estos flujos funcionan como cintas transportadoras que entran (>>) o salen (<<) delprograma. Se recibe una referencia al flujo como primer argumento, se añade o se retira de él lavariable que se desee, y se devuelve como valor de retorno una referencia al flujo modificado. Elvalor de retorno es siempre una referencia al stream de entrada/salida correspondiente. Acontinuación se presenta un ejemplo de sobrecarga del operador (<<):

ostream& operator<<(ostream& co, const matriz& A){ for (int i=0; i<=nfilas; i++) for (int j=0; j<=ncol; j++) co << A.c[i][j] << '\t'; co << '\n'; return(co);}

Estos operadores se sobrecargan siempre como operadores friend de la clase en cuestión, yaque el primer argumento no puede ser un objeto de una clase arbitraria.

6.5 Entrada/salida de ficheros

Para poder leer desde o escribir en ficheros (lectura/escritura de datos en unidades dealmacenamiento permanente como los disquetes, discos duros, etc.), se debe incluir la librería<fstream.h>. En esta librería se definen las clases necesarias para la utilización de ficheros, que sonifstream, ofstream y fstream, que derivan de istream y ostream, que a su vez derivan de la clase ios(ver figura 8).


Figura 8. Jerarquía de clases de entrada/salida.

Antes de abrir un fichero hay que crear un flujo , es decir un objeto de las clases ifstream,ofstream o fstream e indicar el modo de apertura (lectura, escritura, lectura y escritura, …). Losmodos en los que se puede abrir un fichero son:

ios::append añadir datos al final del ficheroios::in abrir fichero para leer datosios::out abrir fichero para escribir datos

Por ejemplo para abrir un fichero para lectura de datos creando un fstream fichero:fstream fichero;fichero.open("datos.dat", ios::in);

y para escritura en ese mismo fichero:fstream fichero;fichero.open("datos.dat", ios::out);

Las clases ifstream, ofstream y fstream tienen también constructores que permiten abrirficheros de forma automática

ifstream fichero("datos.dat");

donde se sobreentiende que el fichero se abre para lectura por haber utilizado ifstream. Si sehubiese utilizado ofstream el fichero se hubiera abierto para escritura.

6.5.1 FUNCIONES MIEMBRO DE IOSTREAM

Las clases de entrada y salida de datos de C++ disponen de algunas funciones miembro queaumentan las capacidades de estas entradas y salidas. A continuación se incluye la declaración yuna breve explicación de las más importantes:

ostream& put(char c); escribe un carácter en el flujo de salida

ostream& write(const char* s, int n); escribe n bytes de la cadena s en el flujo desalida. Puede utilizarse para salida binaria.


istream& get(char& c); lee un carácter del flujo de entrada y lodevuelve en el argumento pasado porreferencia

istream& get(char* s, int n, char c=’\n’); introduce en s a lo más n caracteres del flujode entrada (incluyendo el ‘\0’) o hasta queencuentra el carácter de terminación (pordefecto ‘\n’), o el fin de fichero. No retira elcarácter de terminación del flujo de entrada.

istream& getline(char* s, int n, char c=’\n’); lee a lo más n-1 caracteres del flujo de entradao hasta que encuentra el carácter determinación (por defecto ‘\n’) o hasta el fin defichero. Retira el carácter de terminación delflujo de entrada, pero no lo almacena.

istream& read(char* s, int n); lee n bytes del flujo de entrada y los depositaen la cadena s. Se utiliza para entrada binaria.

istream& ignore(int n=1, int delim=EOF); ignora o descarta los n caracteres siguientesdel flujo de entrada, o hasta que encuentra elcarácter de terminación (por defecto el fin defichero EOF).

istream& putback(char c); devuelve el carácter c al flujo de entrada

int peek(); lee un carácter del flujo de entrada pero sinretirarlo de dicho flujo; lo devuelve comovalor de retorno.

La mayor parte de las funciones anteriores devuelven una referencia al flujo de entrada o desalida. Como se verá un poco más adelante, esta referencia puede utilizarse para detectar errores ola condición de fin de fichero.

Considérese el siguiente ejemplo de lectura de un fichero:#include <fstream.h>#include <iostream.h>

void main(){ char frase[81]; fstream fi; fi.open("datos.txt", ios::in);

while(fi.getline(frase, 80) != NULL) cout << frase;}

Para conocer con más detalle cómo se utilizan estás funciones acudir a alguno de los textos deC++ recomendados en la Bibliografía o al Help online.

6.5.2 FUNCIONES MIEMBRO DE FSTREAM

La clase fstream tiene algunas funciones miembro interesantes, tales como las siguientes:

fstream(); constructor por defecto de la clase. Construye un flujo sin abrir ningún fichero. Elfichero puede ser abierto más tarde con la función open().


fstream(const char* filename, int nMode, int nProt = filebuf::openprot ); constructor generalque crea un flujo al fichero cuyo nombre se indica, del modo indicado (ios::in, ios::out, etc.),y con la protección indicada. La protección por defecto es filebuf::openprot , que equivale afilebuf::sh_compat, en MS-DOS. Otros posibles modos de protección son los siguientes:

· filebuf::sh_compat modo compatible (MS-DOS).· filebuf::sh_none modo exclusivo — no se comparte.· filebuf::sh_read se permite compartir para lectura.· filebuf::sh_write se permite compartir para escritura.

void open(const char* filename, int nMode, int nProt = filebuf::openprot ); función miembroque abre un fichero en el modo y con la protección indicados. Sus argumentos son los mismosque los de fstream().

void close(); función miembro que cierra el fichero asociado con un flujo sin destruir el flujo creadoanteriormente.

Para más información sobre estas y otras funciones miembro consultar un libro de C++ o elHelp online.

6.5.3 EJEMPLO COMPLETO DE LECTURA Y ESCRITURA EN UN FICHERO

A continuación se muestra un programa sencillo que le y escribe en un fichero llamado datos5.d,que contiene una frase y un número separados por un carácter punto y coma, tal como se muestra acontinuación:

Estamos en la linea numero; 17

El programa lee la frase y el número, incrementa este último en una unidad y los vuelve aescribir en el mismo fichero. El programa es como sigue (los comentarios del código explican loque se va haciendo):

// fichero a incluir para I/O en ficheros#include <fstream.h>

void main(void){ char text[81]; long n=0;

// prueba de escritura en disco // se lee un número en un fichero datos5.d // se crea un flujo de entrada y se asocia con un fichero ifstream filein; filein.open("datos5.d", ios::in); // se lee hasta el carácter (;) filein.getline(text, 81, ';'); // se lee el número filein >> n; // se cierra el fichero filein.close();

// se imprime el el texto y el número por pantalla cout << "El texto leido es: " << "\"" << text << "\"" << "\ny el numero leido es: " << n << endl; // se modifica el número leído y se vuelve a escribir n++; // se crea un flujo de salida y se asocia con un fichero ofstream fileout; fileout.open("datos5.d", ios::out);


// se escribe el mismo texto y el nuevo número fileout << text << "; " << n << endl; fileout.close();

cout << "Ya he terminado" << endl;}

6.5.4 ERRORES DE ENTRADA/SALIDA

Al leer y escribir de ficheros es frecuente que se produzcan errores, como por ejemplo no encontrarel fichero o no poderlo abrir, o al menos situaciones de excepción, tales como el haber llegado al findel fichero. Es importante saber cómo se pueden detectar estas situaciones con C++.

La clase ios define una variable enum llamada io_state con los siguientes valores: goodbit,eofbit, badbit y failbit. Cada flujo de entrada/salida mantiene información sobre los errores que sehayan podido producir. Esta información se puede chequear con las siguientes funciones:

int good (); devuelve un valor distinto de cero (true) si no ha habido errores (si todos losbits de error están en off).

int eof(); devuelve un valor distinto de cero si se ha llegado al fin del fichero.

int bad(); devuelve un valor distinto de cero si ha habido un error de E/S serio. No sepuede continuar en esas condiciones.

int fail(); devuelve un valor distinto de cero si ha habido cualquier error de E/Sdistinto de EOF. Si una llamada a bad() devuelve 0 (no error de ese tipo), elerror puede no ser grave y la lectura puede proseguir después de llamar a lafunción clear().

int clear(); se borran los bits de error que pueda haber activados.

Además, tanto los operadores sobrecargados (<< y >>) como las funciones miembro de E/Sdevuelven referencias al flujo correspondiente y esta referencia puede chequearse con un if o en lacondición de un while para saber si se ha producido un error o una condición de fin de fichero. Porejemplo, las siguientes construcciones pueden utilizarse en C++:

while (cin.get(ch)) { s[i++]=ch;}

o bien, de una forma distinta,while (cin << ch) { s[i++]=ch;}

ya que si el valor de retorno de (cin.get(ch)) o de (cin<<ch) no es nulo, es que no se ha producidoerror ni se ha llegado al fin de fichero.

Si lo que se quiere comprobar es si se ha llegado al final del fichero se puede comprobar lacondición,

if (cin.get(ch).eof()) { // se ha llegado al final del fichero

}

y si por el contrario lo que se desea es hacer algo si no se ha tenido ningún error, se puede utilizar eloperador negación (¡) que devuelve un resultado distinto de cero (true) si failbit o badbit estánactivados.


if (¡cin.get(ch)) { // hay un error de tipo failbit o badbit.

}

El operador negación se puede utilizar también en la forma siguiente, para saber si un ficherose ha podido abrir correctamente:

ifstream filein("datos.d");if (¡filein) { cerr << "no se ha podido abrir el fichero." << endl; exit(1);}


7 OPCIONES AVANZADAS: PLANTILLAS (TEMPLATES) Y MANEJO DEEXCEPCIONES

7.1 Plantillas

La generalidad es una propiedad que permite definir una clase o una función sin tener queespecificar el tipo de todos o alguno de sus miembros. Esta propiedad no es imprescindible en unlenguaje de programación orientado a objetos y ni siquiera es una de sus características. Estacaracterística del C++ apareció mucho más tarde que el resto del lenguaje, al final de la década delos ochenta. Esta generalidad se alcanza con las plantillas (templates).

La utilidad principal de este tipo de clases o funciones es la de agrupar variables cuyo tipo noesté predeterminado. Así el funcionamiento de una pila, una cola, una lista, un conjunto, undiccionario o un array es el mismo independientemente del tipo de datos que almacene (int, long,double, char, u objetos de una clase definida por el usuario). En definitiva estas clases se definenindependientemente del tipo de variables que vayan a contener y es el usuario de la clase el quedebe indicar ese tipo en el momento de crear un objeto de esa clase.

7.1.1 PLANTILLAS DE FUNCIONES

Supóngase que se quiere crear una función que devolviese el mínimo entre dos valoresindependientemente de su tipo (se supone que ambos tienen el mismo tipo). Se podría pensar endefinir la función tantas veces como tipos de datos se puedan presentar (int, long, float, double,etc.). Aunque esto es posible, éste es un caso ideal para aplicar plantillas de funciones. Esto sepuede hacer de la siguiente manera:

// Declaración de la plantilla de funcióntemplate <class T> T minimo( T a, T b);

En ese caso con <classT> se está indicando que se trata de una plantilla cuyo parámetro va aser el tipo T y que tanto el valor de retorno como cada uno de los dos argumentos va a ser de estetipo de dato T. En la definición y declaración de la plantilla puede ser que se necesite utilizar masde un tipo de dato e incluido algún otro parámetro constante que pueda ser utilizado en lasdeclaraciones. Por ejemplo, si hubiera que pasar dos tipos a la plantilla, se podría escribir:

// Declaración de la plantilla de función con dos tipos de datostemplate <class T1, class T2> void combinar(T1 a, T2 b);

Podría darse el caso también de que alguno de los argumentos o el valor de retorno fuese deun tipo de dato constante y conocido. En ese caso se indicaría explícitamente como en una funciónconvencional.

La definición de la plantilla de función es como sigue:// Definición de la plantilla de funcióntemplate <class T> T minimo(T a, T b){ if(a <= b) return a; else return b;}

A continuación se presenta un programa principal que utiliza la plantilla de función reciéndefinida:


#include <iostream.h>template <class T> T minimo(T a, T b);

void main(void){ int euno=1; int edos=5; cout << minimo(euno, edos) << endl;

long luno=1; long ldos=5; cout << minimo(luno, ldos) << endl;

char cuno='a'; char cdos='d'; cout << minimo(cuno, cdos) << endl;

double duno=1.8; double ddos=1.9; cout << minimo(duno, ddos) << endl;}

La ejecución del programa anterior demuestra que el tipo de los argumentos y el valor deretorno de la función minimo() se particularizan en cada caso a los de la llamada. Es obvio tambiénque se producirá un error si se pasan como argumentos dos variables de distinto tipo, por lo que elusuario de la plantilla de función debe ser muy cuidadoso en el paso de los argumentos.

Seguidamente se presenta un nuevo ejemplo de función para permutar el valor de dosvariables:

#include <iostream.h>template <class S> void permutar(S&, S&);

void main(void){ int i=2, j=3; cout << "i=" << i << " " << "j=" << j << endl; permutar(i, j); cout << "i=" << i << " " << "j=" << j << endl; double x=2.5, y=3.5; cout << "x=" << x << " " << "y=" << y << endl; permutar(x, y); cout << "x=" << x << " " << "y=" << y << endl;}

template <class S> void permutar(S& a, S& b){ S temp; temp = a; a = b; b = temp;}

7.1.2 PLANTILLAS DE CLASES

De una manera semejante a como se hace para las funciones se puede generalizar para el caso delas clases por medio de plantillas de clases. Se definirá un parámetro que indicará el tipo de datoscon los que más adelante se crearán los objetos. Se presenta a continuación un ejemplo completo deutilización de plantillas de clases basado en una pila muy simple (sin listas vinculadas y sin reservadinámica de memoria):


// fichero Pila.htemplate <class T>

// declaración de la claseclass Pila{public: Pila(int nelem=10); // constructor void Poner(T); void Imprimir();

private: int nelementos; T* cadena; int limite;};

// definición del constructortemplate <class T> Pila<T>::Pila(int nelem){ nelementos = nelem; cadena = new T(nelementos); limite = 0;};

// definición de las funciones miembrotemplate <class T> void Pila<T>::Poner(T elem){ if (limite < nelementos) cadena[limite++] = elem;};

template <class T> void Pila<T>::Imprimir(){ int i; for (i=0; i<limite; i++) cout << cadena[i] << endl;};

El programa principal puede ser el que sigue:#include <iostream.h>#include "Pila.h"

void main(){ Pila <int> p1(6);

p1.Poner(2); p1.Poner(4); p1.Imprimir();

Pila <char> p2(6);

p2.Poner('a'); p2.Poner('b'); p2.Imprimir();}

En este programa principal se definen dos objetos p1 y p2 de la clase Pila. En p1 el parámetroT vale int y en p2 ese parámetro vale char. El funcionamiento de todas las variables y funcionesmiembro se particulariza en cada caso para esos tipos de variable. Es necesario recordar de nuevoque el usuario de este tipo de clases debe poner un muy especial cuidado en pasar siempre el tipo deargumento correcto.


7.1.3 PLANTILLAS VS. POLIMORFISMO.

Puede pensarse que las plantillas y el polimorfismo son dos utilidades que se excluyenmutuamente. Aunque es verdad que el parecido entre ambas es grande, hay también algunasdiferencias que pueden hacer necesarias ambas características. El polimorfismo necesita punteros ysu generalidad se limita a jerarquías. Recuérdese que el polimorfismo se basa en que en elmomento de compilación se desconoce a qué clase de la jerarquía va a apuntar un puntero que se hadefinido como puntero a la clase base. Desde este punto de vista las plantillas pueden considerarsecomo una ampliación del polimorfismo.

Una desventaja de las plantillas es que tienden a crear un código ejecutable grande porque secrean tantas versiones de las funciones como son necesarias.

7.2 Manejo de Excepciones

En algunos programas complejos que realicen funciones críticas puede ser necesario controlar todoslos detalles de su ejecución. Es relativamente normal que un programa falle durante su ejecucióndebido a que se haya realizado o intentado realizar una operación no permitida (por ejemplo, unadivisión por cero), porque se haya excedido el rango de un vector, …

Si en tiempo de ejecución se produce un error de éstos, se pueden adoptar varias estrategias.Una consiste en no hacer nada, dejando que el ordenador emita un mensaje de error y finalizando laejecución del programa bruscamente, con lo que la información referente al error producido esmínima. Otra posibilidad es obligar al programa a continuar con la ejecución arrastrando el error, loque puede ser interesante en el caso de que se tenga la seguridad de que ese error no se va apropagar y que los resultados que se obtengan al final seguirán siendo fiables. Otra posibilidad estratar de corregir el error y de seguir con la ejecución del programa.

C++ dispone de una herramienta adicional que permite terminar la ejecución del programa deuna manera más ordenada, proporcionando la información que se requiera para detectar la fuentedel error que se haya producido. Esta herramienta recibe el nombre de mecanismo de excepciones.Consta básicamente de dos etapas: una inicial o de lanzamiento (throw) de la excepción, y otra degestión o captura (handle) de la misma. Lanzar una excepción es señalar que se ha producido unadeterminada situación de error.

Para lanzar una excepción se coloca la porción de código que se desea controlar dentro de unbloque try. Si en un momento dado, dentro de ese bloque try se pasa por una instrucción throwconsecuencia de un determinado error, la ejecución acude al gestor de excepciones correspondiente,que deberá haberse definido a continuación del bloque try. En este gestor se habrán definido lasoperaciones que se deban realizar en el caso de producirse un error de cada tipo, que pueden seremitir mensajes, almacenar información en ficheros, …

A continuación se presenta un ejemplo muy sencillo de manejo de excepciones: supóngase elcaso de un programa para resolución de ecuaciones de segundo grado del tipo ax2+bx+c=0. Sedesean controlar dos tipos de posible error: que el coeficiente del término de segundo grado (a) sea0, y que la ecuación tenga soluciones imaginarias (b2-4ac<0).

Para ello se realiza la llamada a la función de resolución raices dentro de un bloque try y alfinal de éste se define el gestor catch que se activará si el programa pasa por alguna de lassentencias throw que están incluidas en la función raices. En el caso de producirse alguno de loserrores controlados se imprimirá en pantalla el mensaje correspondiente:


#include <iostream.h>#include <math.h>

void raices(const double a, const double b, const double c);enum error{NO_REALES, PRIMERO};

void main(void){ try { raices(1.0, 2.0, 1.0); // dentro de raices() se lanza la excepción raices(2.0, 1.0, 2.0); } catch (error e) { // e es una variable enum de tipo error switch(e){ case NO_REALES: cout << "No Reales" << endl; break; case PRIMERO: cout << "Primero Nulo" << endl; break; } }}

void raices(const double a, const double b, const double c)// throw(error);{ double disc, r1, r2; if (b*b<4*a*c) throw NO_REALES; // se lanza un error if(a==0) throw PRIMERO; disc=sqrt(b*b-4*a*c); r1 = (-b-disc)/(2*a); r2 = (-b+disc)/(2*a); cout << "Las raíces son:" << r1 <<" y " << r2 << endl;}

Es importante señalar que los únicos errores que se pueden controlar son los que se hanproducido dentro del propio programa, conocidos como errores síncronos. Es imposible el manejode errores debidos a un mal funcionamiento del sistema por cortes de luz, bloqueos del ordenador,etc.

La gestión de errores es mucho más compleja de lo aquí mostrado. El lector interesado deberáacudir a un buen manual de C++.


8 BIBLIOGRAFÍA

1. Graham, N., LEARNING C++, McGraw Hill, 1992.

2. Schildt, H., C++: Guía de Autoenseñanza, McGraw-Hill, 2ª edición, 1995.

3. Marshall P.C. and Lomow C., C++ FAQS, Addison-Wesley Publishing Company, 1994.

4. Stroustrup, B., The C++ Programming Language, Addison-Wesley, 3ª edición, 1997.

5. Ellis, M.A. y Stroustrup, B., Manual de Referencia C++ con Anotaciones, Addison-Wesley/Díaz de Santos, Madrid, 1994.

6. Ceballos, F.J., Programación Orientada a Objetos con C++, 2ª edición, RAMA, 1997.

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